СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2005 года по МПК G01T1/20 

Заявляемый сцинтилляционный детектор относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области регистрации радиоактивных излучений. Наиболее эффективно он может быть использован для детектирования с плоских носителей различных типов радиоактивных излучений при их одновременном попадании внутрь сцинтиллятора. Заявляемый сцинтилляционный детектор может использоваться в дозиметрических приборах для радиационного анализа воздуха или иных газообразных сред, в различных пересчетных дозиметрических приборах и т.п.

Известны сцинтилляционные детекторы (SBN.06 и SBN.08) [1] для детектирования γ-излучения, каждый из которых включает корпус сцинтилляционного детектора, внутри которого расположены закрытый магнитным экраном фотоэлектронный умножитель(ФЭУ) и покрытый рефлектором неорганический сцинтиллятор цилиндрической формы, выполненный из галогенида щелочного металла, причем неорганический сцинтиллятор соединен своим торцом с оптическим окном ФЭУ (являющимся обязательным элементом любого ФЭУ).

Недостатком известных сцинтилляционных детекторов является то, что они предназначены только для детектирования γ-излучения.

Известен сцинтилляционный детектор (SBN.03) [2] для детектирования длинноволнового γ- и рентгеновского излучений, включающий снабженный входным окном корпус сцинтилляционного детектора, внутри которого расположены ФЭУ и неорганический сцинтиллятор цилиндрической формы, выполненный из NaI(T1), причем одним своим торцом неорганический сцинтиллятор соединен с оптическим окном ФЭУ, а его другой торец расположен напротив входного окна корпуса сцинтилляционного детектора.

Недостатком известного сцинтилляционного детектора является то, что он предназначен только для детектирования длинноволнового γ- и рентгеновского излучений.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является сцинтилляционный детектор (SBK.27) [3] для детектирования различных типов радиоактивных излучений при их одновременном попадании внутрь сцинтиллятора. Сцинтилляционный детектор включает снабженный входным окном корпус сцинтилляционного детектора, внутри которого расположены ФЭУ и покрытый рефлектором комбинированный сцинтиллятор, состоящий из соединенных своими торцами органического и неорганического сцинтилляторов цилиндрической формы, причем органический сцинтиллятор выполнен из пара-терфенила (C₁₈Н₁₄) или прозрачного полимерного материала, в котором диспергирован сцинтиллирующий материал [4] и расположен своим внешним торцом напротив входного окна корпуса сцинтилляционного детектора, а неорганический сцинтиллятор выполнен из CsI(Na) и соединен своим внешним торцом с оптическим окном ФЭУ.

Недостатками известного сцинтилляционного детектора являются:

- невозможность идентификации при детектировании смешанных типов (β+γ, α+β+γ и т.п.) радиоактивных излучений их отдельных (α, β или γ) составляющих;

- пониженная надежность работы сцинтилляционного детектора вследствие гигроскопичности CsI(Na), могущей привести к потере им сцинтилляционных свойств при повышении влажности окружающей среды;

- пониженная чувствительность сцинтилляционного детектора, обусловленная формой выполнения комбинированного сцинтиллятора;

- невозможность идентификации различных потоков β+γ-излучений с близкими характеристиками по γ-излучению, но различными характеристиками по β-излучению при одновременном попадании нескольких таких потоков β+γ-излучений внутрь сцинтиллятора.

Преимуществами заявляемого сцинтилляционного детектора являются обеспечение возможности идентификации при детектировании смешанных типов (β+γ, α+β+γ и т.п.) радиоактивных излучений их отдельных (α, β или γ) составляющих, повышение надежности работы, повышение чувствительности, а также обеспечение возможности идентификации различных потоков β+γ-излучений с близкими характеристиками по γ-излучению, но различными характеристиками по β-излучению при одновременном попадании нескольких таких потоков β+γ-излучений внутрь сцинтиллятора.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что заявляемый сцинтилляционный детектор включает:

- снабженный входным и выходным отверстиями корпус сцинтилляционного детектора;

- расположенные внутри корпуса сцинтилляционного детектора ФЭУ и покрытый рефлектором комбинированный сцинтиллятор, состоящий из органического и неорганического сцинтилляторов;

- причем органический сцинтиллятор состоит из разделенных щелевым отверстием верхней и нижней пластин толщиной, обеспечивающей полное поглощение α- и β-частиц;

- неорганический сцинтиллятор состоит из верхнего и нижнего полуцилиндров, которые своими основаниями соединены с внешними поверхностями верхней и нижней пластин органического сцинтиллятора;

- длина и ширина основания верхнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности верхней пластины органического сцинтиллятора, длина и ширина основания нижнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности нижней пластины органического сцинтиллятора;

- входное и выходное отверстия корпуса сцинтилляционного детектора расположены по обеим сторонам щелевого отверстия, сам комбинированный сцинтиллятор соединен своим торцом, образуемым торцами обеих пластин органического сцинтиллятора и обеих полуцилиндров неорганического сцинтиллятора, с оптическим окном ФЭУ, органический сцинтиллятор выполнен из прозрачного полимерного материала, в котором диспергирован сцинтиллирующий материал, а неорганический сцинтиллятор выполнен из В₄Ge₃O₁₂, или GdWO₄, или Gd₂SiO₅ (Се) или PbWO₄, или NaBi(WO₄)₂.

Отличительными признаками заявляемого сцинтилляционного детектора является то, что:

- корпус сцинтилляционного детектора снабжен входным и выходным отверстиями;

- органический сцинтиллятор состоит из разделенных щелевым отверстием верхней и нижней пластин толщиной, обеспечивающей полное поглощение α- и β-частиц;

- неорганический сцинтиллятор состоит из верхнего и нижнего полуцилиндров;

- причем соединение органического и неорганического сцинтилляторов обеспечивается за счет соединения оснований верхнего и нижнего полуцилиндров неорганического сцинтиллятора с внешними поверхностями верхней и нижней пластин органического сцинтиллятора;

- длина и ширина основания верхнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности верхней пластины органического сцинтиллятора, длина и ширина основания нижнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности нижней пластины органического сцинтиллятора;

- соединение комбинированного сцинтиллятора с оптическим окном ФЭУ обеспечивается за счет соединения с ним торца комбинированного сцинтиллятора, образованного торцами обеих пластин органического сцинтиллятора и обеих полуцилиндров неорганического сцинтиллятора;

- входное и выходное отверстия корпуса сцинтилляционного детектора расположены по обеим сторонам щелевого отверстия, а неорганический сцинтиллятор выполнен из В₄Ge₃O₁₂ или GdWO₄, или Gd₂SiO₅(Ce), или PbWO₄, или NaBi(WO₄)₂.

Заявляемый сцинтилляционный детектор в варианте его использования для детектирования радиоактивных излучений с плоских ленточных носителей (фильтров), применяемых в дозиметрических приборах для радиационного анализа воздуха или иных газообразных сред, иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 представлен в разрезе вид спереди сцинтилляционного детектора;

на фиг.2 представлен в разрезе (в плоскости расположения плоского ленточного носителя) вид сверху сцинтилляционного детектора;

на фиг.3 представлен в разрезе вид сбоку сцинтилляционного детектора.

Заявляемый сцинтилляционный детектор включает корпус сцинтилляционного детектора 1, снабженный входным отверстием корпуса сцинтилляционного детектора 2 и выходным отверстием корпуса сцинтилляционного детектора 3, верхнюю пластину органического сцинтиллятора 4, нижнюю пластину органического сцинтиллятора 5, разделяющее их щелевое отверстие 6, верхний полуцилиндр неорганического сцинтиллятора 7, нижний полуцилиндр неорганического сцинтиллятора 8, рефлектор 9, оптическое окно ФЭУ 10 и ФЭУ 11.

Заявляемый сцинтилляционный детектор работает следующим образом.

После подачи напряжения на ФЭУ 11 включают компрессор I, который начинает продувать анализируемый воздух в течение заданного экспозиционного времени через расположенный под ним участок неподвижного ленточного носителя (фильтра) II. После окончания продувки выключают компрессор I и с помощью электромотора (на чертежах не обозначен) перематывают ленточный носитель (фильтр) II с барабана III на барабан IV до тех пор, пока участок ленточного носителя (фильтра) II с задержанными на нем радиоактивными аэрозолями не переместится в щелевое отверстие 6, после чего электромотор выключают. Как только участок плоского ленточного носителя (фильтра) II с радиоактивными аэрозолями окажется в щелевом отверстии 6, комбинированный сцинтиллятор начинает детектировать их радиоактивное излучение. Постольку поскольку все существующие в природе радионуклиды (как естественные, так и искусственные) всегда обладают смешанным типом излучения, (например, β+γ-излучение, α+β+γ-излучение и т.п.), то при его прохождении через верхнюю пластину органического сцинтиллятора 4 и нижнюю пластину органического сцинтиллятора 5 в последних будет происходить полное поглощение α- и β-частиц, в то время как свободно проходящие через них кванты γ-излучения будут регистрироваться верхним полуцилиндром неорганического сцинтиллятора 7 и нижним полуцилиндром неорганического сцинтиллятора 8.

Под воздействием радиоактивного излучения в органическом и неорганическом сцинтилляторах будет происходить образование световых импульсов (вспышек), которые затем через оптическое окно ФЭУ 10 поступают в ФЭУ 11, где преобразуются в электроимпульсы, которые в дальнейшем обрабатываются в специальных электронных блоках и пересчитываются в мощность дозы или иной показатель радиоактивного излучения.

Постольку поскольку величины амплитуд электроимульсов ФЭУ 11, генерирующихся α-излучением, β-излучением, а также различными потоками β-излучения с разными энергиями, отличаются друг от друга, а неорганический сцинтиллятор обеспечивает полное поглощение α- и β-частиц, то заявляемый сцинтилляционный детектор обладает возможностью:

- идентификации при детектировании смешанных типов (β+γ, α+β+γ и т.п.) радиоактивных излучений их отдельных (α, β или γ) составляющих, что при дальнейшей обработке результатов измерений повышает точность идентификации радионуклидов;

- идентификации различных потоков β+γ-излучений с близкими характеристиками по γ-излучению, но различными характеристиками по β-излучению при одновременном попадании нескольких таких потоков β+γ-излучений внутрь сцинтиллятора, что при дальнейшей обработке результатов измерений позволяет отличить друг от друга радионуклиды, обладающие такими типами радиоактивных излучений.

Кроме того, благодаря тому, что органический и неорганический сцинтилляторы не являются гигроскопичными, а также благодаря их форме выполнения, дающей возможность детектирования радиоактивного излучения с обеих сторон плоского ленточного носителя (фильтра), обеспечивается повышение чувствительности и надежности работы сцинтилляционного детектора.

ЛИТЕРАТУРА

1. SCINTILLATION MATERIALS & DETECTORS, 60, LENIN AVE, KHARKOV, 310001, UKRAINE, p.30.

2. SCINTILLATION MATERIALS & DETECTORS, 60, LENIN AVE, KHARKOV, 310001, UKRAINE, p.34.

3. SCINTILLATION MATERIALS & DETECTORS, 60, LENIN AVE, KHARKOV, 310001, UKRAINE, p.35.

4. SCINTILLATION MATERIALS & DETECTORS, 60, LENIN AVE, KHARKOV, 310001, UKRAINE, p.22-23.

Использование: для детектирования с плоских ленточных носителей различных типов радиоактивных излучений при их одновременном попадании внутрь сцинтиллятора. Сущность изобретения: сцинтилляционный детектор включает снабженный входным и выходным отверстиями корпус, расположенные внутри корпуса сцинтилляционного детектора фотоэлектронный умножитель, соединенный с покрытым рефлектором комбинированным сцинтиллятором, выполненным из состоящего из двух разделенных щелевым отверстием пластин органического сцинтиллятора, соединенного с состоящим из двух полуцилиндров неорганическим сцинтиллятором. Технический результат: обеспечение возможности идентификации при детектировании смешанных типов радиоактивных излучений их отдельных составляющих, повышение надежности работы, повышение чувствительности. 3 ил.

Сцинтилляционный детектор, включающий корпус, внутри которого расположены фотоэлектронный умножитель, а также соединенный с оптическим окном фотоэлектронного умножителя и покрытый рефлектором комбинированный сцинтиллятор, состоящий из соединенных между собой органического сцинтиллятора, выполненного из прозрачного полимерного материала, в котором диспергирован сцинтиллирующий материал, и неорганического сцинтиллятора, отличающийся тем, что корпус сцинтилляционного детектора снабжен входным и выходным отверстиями, органический сцинтиллятор состоит из разделенных щелевым отверстием верхней и нижней пластин толщиной, обеспечивающей полное поглощение α- и β-частиц, неорганический сцинтиллятор состоит из верхнего и нижнего полуцилиндров, причем соединение органического и неорганического сцинтилляторов обеспечивается за счет соединения оснований верхнего и нижнего полуцилиндров неорганического сцинтиллятора с внешними поверхностями верхней и нижней пластин органического сцинтиллятора, длина и ширина основания верхнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности верхней пластины органического сцинтиллятора, длина и ширина основания нижнего полуцилиндра неорганического сцинтиллятора равна длине и ширине внешней поверхности нижней пластины органического сцинтиллятора, соединение комбинированного сцинтиллятора с оптическим окном фотоэлектронного умножителя обеспечивается за счет соединения с ним торца комбинированного сцинтиллятора, образованного торцами обеих пластин органического сцинтиллятора и обоих полуцилиндров неорганического сцинтиллятора, входное и выходное отверстия корпуса сцинтилляционного детектора расположены по обеим сторонам щелевого отверстия, а неорганический сцинтиллятор выполнен из В₄Ge₃O₁₂, или GdWO₄, или Gd₂SiO₅(Ce), или PbWO₄, или NaBi(WO₄)₂.