ДЕТЕКТОР РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЧАСТИЦ Российский патент 2009 года по МПК G01T3/06 

Изобретение относится к области регистрации радиационных излучений сцинтилляционными детекторами.

Известен призматический детектор ионизирующего излучения, содержащий сцинтиллирующие элементы, выполненные в виде стержней, и фотодиоды, обеспеченные выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек. Сцинтиллирующие элементы выполнены в виде стержней с сечением в виде равностороннего треугольника, фотодиоды расположены на треугольных торцах стержней, стержни установлены в ряд параллельно и вплотную друг к другу, между их вершинами расположен такой же ряд стержней треугольного сечения, а параллельно с зеркальным отображением расположены еще два ряда стержней, плоскости смежного дополнительного ряда расположены на плоскостях стержней предыдущего ряда (патент Российской Федерации на полезную модель №71453, МПК: G01T 3/06, 2008).

Известен двухкоординатный призматический детектор ионизирующего излучения, содержащий сцинтиллирующие оптические элементы, выполненные в виде стержней, уложенных рядами попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и фотоприемники, фотоприемники обеспечены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек. Сцинтиллирующие оптические элементы выполнены в виде стержней треугольного сечения, на треугольных торцах стержней расположены фотоприемники, стержни установлены в ряд параллельно друг другу, между их вершинами расположен такой же ряд стержней треугольного сечения, параллельно расположены еще два ряда стержней, плоскости смежного дополнительного ряда расположены на плоскостях стержней предыдущего ряда, перпендикулярно указанным рядам стержней треугольного сечения расположены аналогичные четыре ряда стержней с фотоприемниками на торцах (патент Российской Федерации на полезную модель №71452, МПК: G01T 3/06, 2008).

Известен детектор, в котором блок сцинтиллирующих оптических элементов с фотодиодами выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующей пластины с закрепленными на ней на разных плоскостях рядами светопереизлучающих волокон, расположенных перпендикулярно друг другу, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром (патент Российской Федерации на полезную модель №71451, МПК: G01T 3/06, 2008. Прототип).

Недостатками аналогов и прототипа является зависимость пространственного разрешения и количества фотодиодов от плотности размещения светопереизлучающих волокон, ограничение пространственного разрешения в предельном случае диаметром волокна, трудности размещения фотодиодов и первичной электроники даже в устройстве с относительно небольшим разрешением порядка 1 мм, неэффективность использования светочувствительной площади фотокатода при диаметре волокна менее 1 мм, дороговизна устройства.

Данное изобретение устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом изобретения является определение направления и регистрация релятивистских частиц, например мюонов или протонов.

Технический результат достигается тем, что в детекторе релятивистских частиц, в котором блок сцинтиллирующих оптических элементов с фотодиодами выполнен в виде сцинтиллирующих пластины с закрепленными на торцах пластин фотодиодами, подключенными к схеме регистрации с выходным регистром, под углом α к горизонтальной пластине с фотодиодами на торце установлены, по крайней мере, две дополнительные пластины с фотодиодами на торце. Дополнительные пластины установлены на одной стороне пластины с пересечением и под углом друг к другу. Дополнительные пластины установлены параллельно друг другу с двух сторон горизонтальной пластины. Дополнительные пластины установлены с пересечением, под углом друг к другу и выполнены в виде пространственной решетки.

Направление движения частицы однозначно определяют на основании анализа информации о том, с каких пластин получен сигнал в интервале времени, необходимом для пересечения частицей детектора, и амплитуде полученных при этом сигналов. Угол α лежит в пределах от ноля до девяносто градусов от горизонтали.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1-3.

На фиг.1 представлен симметричный детектор в виде горизонтальной пластины, дополнительные пластины установлены параллельно друг другу с двух сторон горизонтальной пластины, где: 1 - фотоприемные устройства (фотодиоды), 2 - пластины сцинтиллятора. Детектор предназначен для определения направления движения ионизирующей частицы в одной плоскости (два аналогичных взаимно перпендикулярных устройства используют для трехмерного случая).

На фиг.2 представлен единичный детектор в виде горизонтальной пластины, а дополнительные пластины установлены на одной стороне пластины с пересечением и под углом друг к другу.

На фиг.3 представлен детектор, составленный из элементов фиг.2, где 1 - фотоприемные устройства, 2 - сцинтиллирующие пластины. Дополнительные пластины установлены с пересечением, под углом друг к другу и выполнены в виде пространственной решетки.

При прохождении через детектор ионизирующей частицы сигнал возникает в нескольких ближайших фотодиодах 1, количество которых обеспечено количеством рожденных фотонов. Определение координаты сцинтилляционной вспышки проводят на основании сравнения амплитуд сигналов, поступивших с различных фотодиодов 1, и нахождения центра тяжести пространственного распределения этих сигналов.

Фотодиоды 1 подключены к электронной плате, которая при поступлении сигнала с фотодиода 1 вырабатывает аналоговый сигнал, оцифровывает его и заносит в выходной регистр с указанием времени и амплитуды его сигнала. Детектор состоит из пластины сцинтиллятора 2 (пластмасса, органический кристалл, кристаллический сцинтиллятор сцинтиллирующее стекло), на торце которой расположены фотоприемные устройства 1 (фотодиоды).

При прохождении через пластину сцинтиллятора 1 ионизирующей частицы в пластине рождаются фотоны, распространяющиеся во все стороны.

В зависимости от типа используемого фотоприемного устройства вторичные фотоны генерируют в фотоприемнике 1 фотоэлектроны с вероятностью до 0,8.

Полученный электронный сигнал поступает на вход электронной схемы, предназначенной для дискриминации и усиления сигнала.

Электронная схема содержит также элементы отбора сигналов по совпадениям или антисовпадениям.

Изобретение относится к области регистрации радиационных излучений сцинтилляционными детекторами. Технический результат - определение направления и регистрация релятивистских частиц, например, мюонов или протонов. Технический результат достигается тем, что под углом α к горизонтальной пластине с фотодиодами на торце установлены, по крайней мере, две дополнительные пластины с фотодиодами на торце. Дополнительные пластины установлены на одной стороне пластины с пересечением и под углом друг к другу. Дополнительные пластины установлены параллельно друг другу с двух сторон горизонтальной пластины. Дополнительные пластины установлены с пересечением под углом друг к другу и выполнены в виде пространственной решетки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Детектор релятивистских частиц, в котором блок сцинтиллирующих оптических элементов с фотодиодами выполнен в виде сцинтиллирующих пластины с закрепленными на торцах пластины фотодиодами, подключенными к схеме регистрации с выходным регистром, отличающийся тем, что под углом α к горизонтальной пластине с фотодиодами на торце установлены, по крайней мере, две дополнительные пластины с фотодиодами на торце.

2. Детектор релятивистских частиц по п.1, отличающийся тем, что дополнительные пластины установлены с пересечением и под углом друг к другу.

3. Детектор релятивистских частиц по п.1, отличающийся тем, что дополнительные пластины установлены параллельно с двух сторон горизонтальной пластины.

4. Детектор релятивистских частиц по п.1, отличающийся тем, что дополнительные пластины установлены с пересечением и под углом друг к другу и выполнены в виде пространственной решетки.