ЭКРАН-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК G01N23/222 

Изобретение относится к радиографии, а именно к получению изображений с помощью нейтронного, рентгеновского и гамма-излучений, к детектированию ядерных излучений, к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами, и может быть использовано для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, в неразрушающем контроле в атомной энергетике, машиностроении, строительстве и других отраслях радиографическими и томографическими методами.

Известен экран-преобразователь, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса, или пирамиды, или цилиндра, или призмы, каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, составленных из отрезков волокон, соединенных последовательно или параллельно, и сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, каналы скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды (Патент Российской Федерации № 2290667 МПК: G01T 3/06, 2005 г).

Недостатками устройства являются сравнительно большие габариты каналов транспортировки, выполненных в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, попадание света от сцинтилляционной вспышки, возникшей в одном из элементов в соседние элементы.

Известны микроканальные пластины, в частности пластина, выполненная из стеклянных волокон, содержащих активную оболочку, выполненную из стекла, по крайней мере, один оксид из группы TiO₂, ZrO₂, Nb₂O₅, WO₃, ZnO, по крайней мере, один оксид из группы Al₂O₃, B₂O₃, K₂O, Rb₂O, Cs₂O, по крайней мере, один оксид из группы MgO, CaO, BaO, SrO, при следующем содержании компонентов, мол.%: SiO₂ 49-70, PbO 10-27, Bi₂O₃ 0,1-2, Sb₂O₃ 0,05-0,6, As₂O₃ 0,1-0,6, TiO₂ 1-8, ZrO₂ 0,5-5, Nb₂O₅, WO₃ 0,5-3, ZnO 1-11, MgO, CaO, SrO, BaO 1-13, Al₂O₃ 0,5-8, B₂O₃ 0,5-4, K₂O 1-11, Rb₂O 0,4-3,0, Cs₂O 0,4-2, и растворимую сердцевину, выполненную из стекла, включающего SiO₂, B₂O₃, по крайней мере, один оксид из группы BaO, SrO, CaO, MgO, ZnO, по крайней мере, один оксид из группы Al₂O₃, La₂O₃, по крайней мере, один оксид из группы As₂O₃, Sb₂O₃ при следующем содержании компонентов, мол.%: SiO₂ 6-51, B₂O₃ 15-74, BaO 0,5-32, SrO 1-22, CaO 1-16, MgO 1-12, ZnO 0,5-16, Al₂O₃ 0,5-7, La₂O₃ 0,5-7, As₂O₃, Sb₂O₃ 0,1-0,6 (Патент Российской Федерации № 2291124, МПК: C03C 3/102, C03C C03C 3/089 C03B 37/025, 2007 г.).

Микроканальная пластина-элемент оптических и электромеханических устройств различного функционального назначения, представляет собой регулярную систему микроканалов с наклонными стенками, длина которых достигает сотен микрометров, а поперечные размеры лежат в диапазоне единиц и десятков микрометров. L и d - длина и диаметр канала. Отношение длины канала к его диаметру у стандартных МКП около 40-80, отношение площади каналов к полной площади составляет 0,6-0,9.

Известен экран-преобразователь детектора нейтронов, заполненный люминесцентной газовой средой в виде идентичных цилиндрических трубок с нанесенными на боковую поверхность трубок слоев делящегося материала толщиной не более одной длины пробега собственных осколков деления ядер длиной не менее 30 мм с диаметром менее 0,5 мм, установленных в матричном порядке (Патент Российской Федерации № 2329523, МПК: G01T 3/06, 2008 г. Прототип).

Недостатками прототипа являются большие габариты, сложность изготовления и эксплуатации, использование делящегося материала, сравнительно низкое пространственное разрешение, возможность регистрации лишь быстрых нейтронов.

Изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации различных видов проникающего излучения: тепловых и быстрых нейтронов, рентгеновских и гамма-лучей.

Технический результат достигается тем, что экран-преобразователь ионизирующего излучения, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, выполнен в виде микроканальной пластины, содержащей каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины.

Одна из поверхностей микроканальной пластины покрыта светоотражающим материалом.

Каналы заполнены порошковым люминофором состава Gd₂O₂S:Tb(Eu). Каналы заполнены порошковым люминофором состава ZnS:Ag.

Каналы заполнены жидким сцинтиллятором. Каналы заполнены полимерным сцинтиллятором.

Экран-преобразователь ионизирующего выполнен в виде набора одинаковых микроканальных пластин, причем оси каналов во всех микроканальных пластинах совмещены.

Порошковый люминофор наносят на матричную подложку, содержащую каналы с непрозрачными для света стенками, и затем втирают в нее кисточкой. Зерна достаточно малого по сравнению с каналом размером проникают в канал, другие ссыпают в сторону. Повторяя такую процедуру несколько раз, обеспечивают толщину слоя люминофора в каналах подложки практически на всю толщину подложки. В случае микроканальных пластин диаметр канала составляет несколько микрон, а толщина пластины - несколько сотен микрон.

Для заполнения каналов жидким или полимерным сцинтиллятором использована технология, основанная на создании перепада давления на противоположных поверхностях микроканальной пластины.

В зависимости от типа порошкового сцинтиллятора экран-преобразователь может быть использован для регистрации тепловых нейтронов, рентгеновского и гамма-излучения.

Состав Gd₂O₂S:Tb(Eu) используют для регистрации всех трех видов излучений. Состав ZnS:Ag используют для регистрации рентгеновского излучения и гамма-излучения.

Жидкий или полимерный сцинтиллятор используют для регистрации быстрых нейтронов.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез микроканальной пластины, где 1 - покрытие из светоотражающего материала, 2 - люминофор, 3 - стенка канала.

Устройство работает следующим образом.

Излучение в виде нейтрона, рентгеновского или гамма-кванта направляют на микроканальные пластины со стороны покрытия 1 из светоотражающего материала. Излучение вызывает в люминофоре (сцинтилляторе) 2 сцинтилляционную вспышку в видимой части оптического спектра. Свет от вспышки выходит в сторону источника излучения, а также распространяется в направлении оси канала. Для усиления яркости на одну из поверхностей микроканальной пластины, обращенную к источнику излучения, наносят отражающее покрытие 1. Попав на отражающее покрытие 1 со стороны источника, свет частично отражается и усиливает ту часть света, которая выходит в сторону, противоположную источнику излучения.

Возникшее на этой стороне изображение переносят на позиционно-чувствительный фотоприемник оптического излучения с помощью оптического объектива или путем приведения в непосредственный контакт экрана-преобразователя и фотоприемника.

При использовании в качестве фотоприемника ПЗС-матрицы с входным окном в виде оптоволоконной шайбы пространственное разрешение определяется размером канала микроканальных пластин и диаметром волокна шайбы, которое обычно составляет менее 10 мкм.

Эффективность экрана-преобразователя определяется относительной площадью каналов, а также толщиной люминофора.

В отличие от обычных экранов в виде сплошного слоя, где пространственное разрешение падает с увеличением толщины экрана, при использовании микроканальных пластин пространственное разрешение экрана-преобразователя обеспечено двумя факторами: размером канала, а также отсутствием взаимопроникновения света в смежных каналах из-за непрозрачности их стенок 3.

Для увеличения эффективности экрана-преобразователя он составлен из набора микроканальных пластин, совмещенных так, чтобы оси каналов во всех микроканальных пластинах совпадали. В этом случае покрытие 1 из светоотражающего материала наносят лишь на первую из пластин. Общая толщина сборки определяется прозрачностью люминофора к собственному излучению и может достигать толщины от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Использование: для получения изображений с помощью проникающего излучения, преобразованного к оптическому типу излучения. Сущность: заключается в том, что экран-преобразователь ионизирующего излучения содержит люминесцентный материал в матричных каналах, при этом он выполнен в виде, по крайней мере, одной микроканальной пластины, содержащей матричные каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, причем оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины. Технический результат: повышение эффективности и пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации различных видов проникающего излучения: тепловых и быстрых нейтронов, рентгеновских и гамма лучей. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Экран-преобразователь ионизирующего излучения, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, отличающийся тем, что он выполнен в виде, по крайней мере, одной микроканальной пластины, содержащей матричные каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, причем оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины.

2. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что одна из поверхностей микроканальной пластины покрыта светоотражающим материалом.

3. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что каналы заполнены порошковым люминофором.

4. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что каналы заполнены порошковым люминофором состава Gd₂O₂S:Tb(Eu).

5. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что каналы заполнены порошковым люминофором состава ZnS:Ag.

6. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что каналы заполнены жидким сцинтиллятором.

7. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что каналы заполнены полимерным сцинтиллятором.

8. Экран-преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде набора микроканальных пластин, причем оси каналов во всех микроканальных пластинах совмещены.