СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР Российский патент 2009 года по МПК G01T1/20 

Изобретение относится к области детектирования источников нейтронного и гамма-излучения, особо источников нейтронов на фоне гамма-излучения, и предназначено для дозиметрической и таможенной практики, для систем радиационного мониторинга территорий и акваторий, для обнаружения и идентификации делящихся материалов, для обнаружения и идентификации радиологических источников.

Известен детектор нейтронного и гамма-излучения, содержащий размещенный в корпусе датчик, включающий замедлитель нейтронов из водородсодержащего материала, радиатор-конвертор нейтронов в виде чехла из карбида или нитрида бора с толщиной, достаточной для полного поглощения тепловых нейтронов, сенсорный элемент и блок электронной обработки сигналов, включающий спектрометрический анализатор импульсов. Детектор снабжен тремя датчиками. Первый датчик оборудован замедлителем быстрых нейтронов сложного спектра до тепловых энергий и радиатором-конвертором. Второй датчик имеет замедлитель промежуточных нейтронов сложного спектра до тепловых энергий и радиатор-конвертор, причем форма замедлителей и радиаторов-конверторов выполнена с переменным сечением. Третий датчик содержит радиатор-конвертор без замедлителя, а сенсорные элементы датчиков выполнены в виде PIN-сенсорных элементов, размещенных под радиаторами-конверторами нейтронов. Патент Российской Федерации №2231809, МПК G01T 1/24, 2004.

Известен детектор проникающих излучений, содержащий люминесцентный модуль и оптическую систему регистрации выходящего из него излучения и фотоприемники. Люминесцентный модуль выполнен в виде люминесцентного оптически прозрачного экрана-преобразователя, протяженного вдоль распространения излучения, в форме пластины, на поверхности которой расположен конденсор, а оптическая система регистрации излучения содержит отклоняющее зеркало и последовательно расположенные входной проекционный объектив, усилитель изображения, масштабирующий объектив и фотоприемники, выполненные в виде ПЗС-матрицы. Сцинтиллятор детектора выполнен в виде пластины из люминесцирующего полистирола, из материала, чувствительного к рентгеновскому и гамма-излучениям или из люминесцирующего полистирола с добавкой бора. Патент Российской Федерации №2290664, МПК G01T 1/20, 2006.

Известен сцинтилляционный детектор нейтронов, содержащий датчик-сцинтиблок, включающий в себя пластиковый сцинтиллятор для регистрации быстрых нейтронов, стеклянный сцинтиллятор на основе активированного церием ⁶Li-силикатного стекла для регистрации тепловых нейтронов, светоотражающее зеркало и фотоприемное устройство в виде фотодиодного регистратора или многоканального фотоумножителя и блок электронной обработки сигналов, в котором пластиковый сцинтиллятор выполнен в виде призмы или цилиндра со светоотражающим покрытием по всей внешней боковой поверхности, а сцинтиллятор из ⁶Li-силикатного стекла с церием выполнен в виде стекловолокон, размещенных в продольных внутренних каналах пластикового сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2300782, МПК G01T 23/22, 2007. Прототип.

И аналоги, и прототип достаточно громоздки и сложны в изготовлении. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, уменьшение количества используемых фотоприемников.

Технический результат достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе со сцинтилляторами различного типа с различными спектрами излучения и фотоприемниками сцинтиллятор выполнен составным и содержит не менее двух составных элементов различного типа с различными спектрами излучения, установленных последовательно, на торце составного сцинтиллятора установлено такое же количество фотоприемников со спектральными чувствительностями или светофильтрами, согласованными с соответствующим типом составного элемента сцинтиллятора. Для регистрации быстрых нейтронов использован пластиковый сцинтиллятор, для регистрации тепловых нейтронов сцинтиллятор изготовлен из кристалла ⁶LiF, а для регистрации рентгеновских и гамма квантов сцинтиллятор изготовлен из кристалла NaI(T1).

На чертеже представлен сцинтилляционный детектор, где 1 и 2 - составные элементы сцинтиллятора различного типа с различными спектрами излучения, 3 - световод, 4 - фотоприемники.

Устройство работает следующим образом. Фотоны, образовавшиеся в составном элементе сцинтиллятора 1 или 2 под воздействием ионизирующей частицы, по световоду 3 попадают на фотоприемники 4, где они преобразуются в фотоэлектроны. Далее фотоэлектронный сигнал усиливается, приводя к появлению электронного сигнала на выходе фотоприемника 4. Для обеспечения одинакового светосбора фотоприемники 4 удалены от сцинтилляторов с помощью световода 3.

При регистрации сцинтилляционных вспышек, возникающих в составных элементах сцинтиллятора 1 и 2, с помощью двух или более фотоприемников 4, установленных с разных сторон гетерогенного сцинтилляционного детектора, разделение невозможно из-за того, что фотоприемники 4 находятся в различных положениях относительно сцинтилляционной вспышки. Количество фотонов, приходящих на фотоприемники 4, зависит от энергии частиц, эффективности преобразования поглощенной энергии в свет, количества фотонов, дошедших до фотоприемника.

Для разделения сигналов, поступающих с различных элементов составного сцинтиллятора 1 и 2, уменьшения количества используемых фотоприемников 4 использованы составные элементы сцинтиллятора 1 и 2 с разным спектром излучения и соответствующее количество фотоприемников 4 со спектральными чувствительностями или светофильтрами, согласованными с соответствующим составным элементом сцинтиллятора 1 или 2.

Фотоприемники (фотодиоды) 4 установлены с одной стороны гетерогенного сцинтиллятора и использованы для идентификации элемента сцинтиллятора 1 или 2, в котором произошло регистрируемое событие, по отношению амплитуд импульсов, возникающих на выходе фотоприемников 4. Количество фотонов, приходящих на фотоприемники 4, в этом случае одинаково и не зависит, в каком сцинтилляторе 1 или 2 произошла сцинтилляционная вспышка. Число образовавшихся фотоэлектронов и выходной сигнал фотоприемника 4 зависит от степени согласования спектра излучения со спектральной чувствительностью фотоприемника 4. В фотоприемнике 4 с согласованным спектром это количество и амплитуда будут выше, чем в фотоприемнике с рассогласованным спектром. Отношение амплитуд сигналов, одновременно поступающих с фотоприемников 4, зависит от того, в каком элементе сцинтиллятора 1 или 2 произошло регистрируемое событие. При регистрации комбинации различных излучений для регистрации быстрых нейтронов использован пластмассовый сцинтиллятор, спектр излучения которого легко изменить с помощью красителей от синей области до желтой. Для регистрации тепловых нейтронов использован ⁶LiI со спектром излучения в области 470-485 нм, а для регистрации рентгеновского и гамма излучений использован NaI(T1) с длиной волны излучения вблизи 410 нм.

Изобретение относится к области детектирования источников нейтронного и гамма-излучения, особо источников нейтронов на фоне гамма-излучения, и предназначено для дозиметрической и таможенной практики, для систем радиационного мониторинга территорий и акваторий, для обнаружения и идентификации делящихся материалов, для обнаружения и идентификации радиологических источников. Технический результат - упрощение конструкции, уменьшение количества используемых фотоприемников. Технический результат достигается тем, что сцинтилляционный детектор со сцинтилляторами различного типа с различными спектрами излучения и фотоприемниками содержит не менее двух сцинтилляторов различного типа с различными спектрами излучения, установленных последовательно, по крайней мере, на одном из торцов составного сцинтиллятора установлено такое же количество фотоприемников со спектральными чувствительностями или светофильтрами, согласованными с каждым типом сцинтиллятора. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сцинтилляционный детектор со сцинтилляторами различного типа с различными спектрами излучения и фотоприемниками, отличающийся тем, что сцинтиллятор выполнен составным и содержит не менее двух составных элементов различного типа с различными спектрами излучения, установленных последовательно, на одном из торцов составного сцинтиллятора установлено такое же количество фотоприемников со спектральными чувствительностями или светофильтрами, согласованными с соответствующим типом составного элемента сцинтиллятора.

2. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что для регистрации быстрых нейтронов использован пластиковый сцинтиллятор, для регистрации тепловых нейтронов сцинтиллятор изготовлен из кристалла ⁶LiF, а для регистрации рентгеновских и гамма-квантов сцинтиллятор изготовлен из кристалла NaI(T1).