ДЕТЕКТОР ГАММА- И НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01T1/20 

Уровень техники

Из-за увеличивающейся активности террористов существует потребность в практичных и обладающих высокой разрешающей способностью детекторах гамма- и нейтронного излучения, которые позволяли бы детектировать радиоактивные "грязные бомбы" и другие источники радиации. Кроме того, существует высокая потребность в переносных или портативных устройствах, включая, например, переносные устройства идентификации радиоизотопов (ПУИРИ, HHRIID). Также были определены новые стандарты, такие как ANSI N42.33 (Type I), и ANSI N42.34 в результате повышения требований к рабочим характеристикам.

При типичном подходе к спектроскопии гамма-излучения используют NaI, CsI, теллурид кадмия и цинка (CZT), германат висмута (BGO) или германий высокой чистоты (ВЧ, HP) в качестве материалов непосредственного детектирования или сцинтиллятора. Требуемые детекторы радиации, позволяющие одновременно детектировать гамма- и нейтронное излучение, должны демонстрировать улучшенную функциональность и характеристики идентификации, то есть они должны обладать возможностью определять, является ли подозреваемое излучение излучением радиоактивных материалов естественного происхождения (РМЕП, NORM), излучением специальных ядерных материалов (СЯМ, SNM), медицинских, промышленных изотопов или их комбинацией, должен быть легко разворачиваемым и должен обладать малой стоимостью.

Улучшенные рабочие характеристики при идентификации, в основном, основаны на разрешении по энергии, при этом детектор на основе Ge ВЧ мог бы иметь почти идеальные характеристики. Однако необходимость криогенного охлаждения и стоимость материалов детектора этого типа значительно влияют на функциональность, эксплуатационные характеристики и общую стоимость. Решения на основе других материалов, таких как NaI, CsI (Tl) или (Na), или CZT обеспечивают низкое разрешение по энергии, высокую стоимость или невозможность получить достаточно большие объемы, что также не позволяет выполнить указанные выше требования и/или требования Национальной безопасности США в отношении ПУИРИ.

Проблему обычно решают путем разделения компонентов гамма и нейтронного излучения в два отдельных материала детектора. В большинстве существующих комбинаций одновременного детектирования гамма и нейтронного излучения используют комбинацию материалов, которые не позволяют адекватно идентифицировать излучение, их трудно эксплуатировать и/или они имеют высокую стоимость.

Таким образом, требуется разработать комбинированный детектор нейтронного и гамма-излучения, обладающий высоким разрешением и который позволил бы решить, по меньшей мере, некоторые из указанных выше проблем.

Сущность изобретения

Вариант выполнения может содержать чувствительный элемент активируемый радиацией, содержащий первый сцинтиллятор, активируемый гамма-излучением; слой, чувствительный к нейтронам, содержащий второй сцинтиллятор, активируемый нейтронным излучением.

Вариант выполнения также может содержать детектор излучения, позволяющий одновременно детектировать как гамма-, так и нейтронное излучение, содержащий элемент, чувствительный к излучению, содержащий первый сцинтиллятор, чувствительный к гамма-излучению, и второй сцинтиллятор, чувствительный нейтронному излучению, и фотодатчик.

Краткое описание чертежей

Приведенное ниже описание различных примеров вариантов выполнения не следует рассматривать как ограничивающее.

На фиг.1 показан вид в перспективе первого варианта выполнения, который представляет первый подход в форме интегрированного датчика, то есть оптического соединения двух сцинтилляторов.

На фиг.2 показан вид в перспективе другого варианта выполнения, имеющего волокна, сдвигающие длину волны.

На фиг.3 показан пример конструкции, в которой эти два сцинтиллятора не соединены оптически.

На фиг.4 показан пример конструкции, в которой используют замедлитель для замедления нейтронов до тепловой скорости перед их детектированием.

На фиг.5 показан пример конструкции, в которой используется одно волокно, сдвигающее длину волны.

На фиг.6 показан вид в перспективе другого варианта выполнения, имеющего волокна, сдвигающие длину волны.

На фиг.7 показан другой вариант, в котором используются волокна, сдвигающие длину волны.

На фиг.8 показан пример конструкции, в которой используется множество волокон, сдвигающих длину волны.

На фиг.9 показан пример, который не включает волокна, сдвигающие длину волны.

На фиг.10 показан пример конструкции, в которой устранено оптическое соединение между сцинтилляторами.

На фиг.11 показан пример конструкции, в которой устранено оптическое соединение между сцинтилляторами.

На фиг.12 показан вид в перспективе другого варианта выполнения без волокон, сдвигающих длину волны, и со вторым фотодатчиком, размещенным на стороне поступления радиации датчика.

На фиг.13 показан вид в перспективе другого варианта выполнения без волокон, сдвигающих длину волны, и со вторым фотодатчиком, установленным между двумя сцинтилляторами.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан первый вариант выполнения, который представляет первый подход к интегрированному датчику, то есть оптическому соединению двух сцинтилляторов по сравнению со вторым подходом, который имеет отдельные датчики, описанным ниже в секции второй подход.

Первый подход

В одной версии первого подхода, показанного на фиг.1, представлены способ и система детектора, который обеспечивает возможность одновременного детектирования гамма- и нейтронного излучения с использованием одного чувствительного элемента 10 с оптическим соединением между двумя сцинтилляторами (12, 14), и подход с двумя материалами.

В частности, в детекторе гамма-излучения и нейтронном детекторе, представленном на фиг.1, использует два различных светоизлучающих материала (12, 14) сцинтиллятора (один для детектирования 12 гамма-излучения и второй для детектирования 14 нейтронов), фотодатчик (см. фотоумножитель (ФЭУ) 18), и электронная схема (не показана). Когда излучение попадает на сцинтилляторы, свет излучается и детектируется фотодатчиком.

Электронная схема обрабатывает электронные сигналы фотодатчика и, таким образом, определяет, обозначает ли данное событие гамма-лучи или нейтронное излучение. В случае гамма лучей электронная схема также определяет энергию гамма-лучей на основе величины заряда, генерируемого в фотодатчике. Сцинтилляторы (12, 14), в частности, выбирают таким образом, чтобы они имели разное время отклика, что позволяет различать между гамма- и нейтронным излучением на основе анализа формы импульса. На фиг.1 чувствительный элемент 10 может включать в себя первый материал 12 сцинтиллятора LaX3:Ge (X=Cl, Br, I), с первичной характеристической скоростью х, который позволяет детектировать гамма-излучение. Кроме того, композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, соединен с фотоумножителем 18 (ФЭУ, РМТ). Композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, содержит как элементы с высоким нейтронным поперечным сечением, так и второй сцинтиллятор 14, разработанный для сцинтилляции с первичной скоростью τ', которая отличается от скорости первого сцинтиллятора 12.

Таким образом, как показано на фиг.1, в такой системе используется подход двойного материала, содержащий первый сцинтиллятор 12 с характеристической первичной скоростью τ, который позволяет детектировать γ-излучение. Он также включает в себя композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, и оба эти слоя соединены с ФЭУ 18. Композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, сформирован с использованием элементов с высоким нейтронным сечением, которые выбирают так, чтобы получать альфа-частицы в соответствии с ядерной реакцией, ассоциированной с конкретным выбранным элементом (элементами), и дисперсией второго сцинтиллятора 14 с характеристической первичной скоростью τ'. Композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, выполнен практически прозрачным для поступающей γ-радиации, которая будет собираться первым сцинтиллятором 12 и детектироваться тем же ФЭУ 18 со свой собственной характеристической первичной скоростью х. Используя проверенные способы дискриминации импульсов для определения различий в первичной скорости (τ≠τ') между сцинтилляторами, такой подход с двумя материалами позволяет одновременно детектировать как γ-излучение, так и нейтроны с помощью одного фотодатчика и блока электроники. Такой вариант выполнения был усовершенствован благодаря разработке и оптимизации нового класса материалов - смешанных галоидов лантана LaX₃:Се (X=Br, I) для γ-сцинтиллятора, который обладает исключительным разрешением по энергии, что, в свою очередь, позволяет получить детекторы с высокими рабочими характеристиками, работающие при комнатной температуре, с существенно более низкой стоимостью, по сравнению с современными технологиями, такими как криогенно охлаждаемый германий высокой чистоты (Ge ВЧ).

В частности, в данном варианте выполнения используются смешанные галоиды лантана, которые обладают исключительными физическими свойствами (высокой эффективностью сцинтилляции, высоким разрешением по энергии) и позволяют получить детектор с высокими рабочими характеристиками, со значительно более низкой стоимостью по сравнению с известными технологиями детектирования, такими, как германий высокой чистоты (Ge ВЧ). Данный вариант выполнения также можно использовать при комнатных температурах без криогенного охлаждения, что делает их идеальными для портативных или переносных детекторов. В композитном слое 16, чувствительном к нейтронам, используют доступные в настоящее время материалы, и его интегрируют в систему фотодетектирования, состоящую из стандартного ФЭУ 18 и электронных компонентов.

Детектирование нейтронов

Детектирование нейтронного излучения обычно выполняют с использованием проверенных технологий, таких как Не или BF₃ газовых пропорциональных счетчиков. Детекторы на основе газа обладают ограничениями в отношении их упаковки и чувствительности, и, таким образом, они являются непрактичными для таких вариантов применения, как ПУИРИ. Здесь, как показано на фиг.1, мы предложили другой подход, который позволяет детектировать и обеспечить разделение, используя тот же фотодатчик и блок электроники, который используется для детектирования γ-излучения. Захват нейтрона и последующее детектирование выполняют с использованием композитного слоя 16, чувствительного к нейтронам, установленного между первым γ-сцинтиллятором 12 и колпачком детектора. Как указано выше, такой слой 16 выбирают так, чтобы он содержал элемент (элементы) с высоким нейтронным сечением, что позволяет генерировать частицы с высокой энергией в результате ядерной реакции, и который является практически прозрачным для поступающего γ-излучения. Кроме того, композитный слой 16, чувствительный к нейтронам, содержит второй материал 14 сцинтиллятора, который захватывает полученные в результате альфа-частицы с высокой энергией и преобразует их энергию в люминесценцию, которую детектируют с помощью ФЭУ 18. Второй сцинтиллятор 14 должен иметь низкую плотность, излучать на длинах волн, к которым чувствителен ФЭУ (300-500 нм), не должен возбуждать эмиссию La (Cl, Br, I)₃, не должен возбуждаться эмиссией La (Cl, Br, I)₃ и должен иметь первичную скорость, в достаточной степени отличающуюся от первичной скорости первого γ-сцинтиллятора 12. Соответствующая система представляет собой коммерчески доступный композитный материал ⁶LiF/ZnS:Ag, в котором используется реакция ⁶Li+n^0→3H+α (4,8 МэВ), в результате которой происходит эмиссия с длиной волны 450 нм с параметром времени затухания 80 мкс (см. также график 20 времени затухания).

Второй подход

Во втором подходе используют разделение и не используют оптическое соединение двух сцинтилляторов (12, 14), что позволяет эффективно разделить детекторы друг от друга. В этом подходе описаны способы и структуры, позволяющие решить проблемы, вызванные оптическим поглощением фотонов сцинтилляции одного сцинтиллятора в другом сцинтилляторе, в системах детектирования, в которых требуется применять два сцинтиллятора. Возможные проблемы при использовании оптического поглощения исключаются путем устранения необходимости использования двух сцинтилляторов, оптически соединенных друг с другом. В некоторых из рассматриваемых вариантов выполнения детектирование может быть получено либо путем соединения одного из сцинтилляторов с волокнами, сдвигающими длину волны, которые передают сигнал в один фотодатчик (который также непосредственно принимает фотоны от второго сцинтиллятора) или путем установки второго светочувствительного элемента, такого как фотодиод.

Такой второй подход имеет преимущество, состоящее в существенном снижении требований к эмиссии спектров поглощения двух сцинтилляторов, в результате чего увеличивается количество возможных сцинтилляторов, которые можно использовать для каждой из функций (детектирования гамма-излучения и нейтронов).

Этот подход отличается от первого подхода, показанного на фиг.1, в котором используют два сцинтиллятора (12, 14), и сцинтилляторы оптически соединены или скомбинированы с общим чувствительным элементом 10 для детектирования, как гамма-излучения, так и нейтронов. Два сцинтиллятора оптически соединены друг с другом и с фоточувствительным элементом 18. Такой подход может иметь ограничения в рабочих характеристиках, если любой из сцинтилляторов имеет оптическое поглощение в пределах диапазона длин волны эмиссии второго сцинтиллятора. Если такое происходит, поглощение фотонов сцинтилляции одного или обоих сцинтилляторов может уменьшить количество детектируемых фотонов и может также сделать количество фотонов, детектируемых при каждом событии (поглощения гамма или нейтронного излучения), в большей степени зависимым от положения взаимодействия излучения со сцинтилляторами. Кроме того, уменьшение количества детектируемых сцинтилляционных фотонов уменьшает соотношение сигнал-шум, в результате чего ухудшается разрешение по энергии (для гамма-лучей) и ухудшается возможность различения между гамма и нейтронным излучением. Повышение вариации детектируемого сигнала, как функции положения взаимодействия, также снижает разрешение по энергии детектора (для гамма-лучей) и может привести к деградации функции различения. Поэтому, как описано выше, первый подход очень хорошо работает, но требует использования соответствующих сцинтилляторов.

Поэтому второй подход позволяет исключить необходимость оптического соединения между двумя сцинтилляторами путем использования новых конструктивных концепций.

Два общих класса модификаций конструкции описаны ниже следующим образом: 1) использование волокна, сдвигающего длину волны, для соединения одного из сцинтилляторов с фотодатчиком при непосредственном соединении второго сцинтиллятора с фотодатчиком или 2) использование второго фотодатчика, такого как фотодиод, для считывания второго сцинтиллятора.

Модификации этих двух классов конструкции (Класс 1 и Класс 2) описаны ниже:

Класс 1

Как впервые показано в варианте выполнения на фигурах 2 и 3, в конструкции Класса 1 один сцинтиллятор, в данном случае первый сцинтиллятор 12, непосредственно соединен с фотодатчиком (например, фотоумножителем 18 (ФЭУ)), и остальные поверхности сцинтиллятора 12 покрыты соответствующим отражающим материалом 22 (для улучшения эффективности сбора света). Второй сцинтиллятор 14 в этом случае расположен радиально и соединен (по меньшей мере, одной поверхностью) с волокнами 24, сдвигающими длину волны (при этом остальные поверхности покрыты соответствующим отражающим материалом). Оптические фотоны, излучаемые вторым сцинтиллятором 14, поглощаются волокнами 24, сдвигающими длину волны. Эта энергия затем повторно излучается на большей длине волны в волокне (следует отметить; изменение длины волны представляет собой естественное следствие процесса поглощения и повторного излучения, но изменение длины волны не является необходимым для данного изобретения). Фракция повторно излучаемых фотонов излучается в пределах апертуры волокна, и эти фотоны направляются волокном в фотодатчик. Несколько возможных вариантов выполнения такой конструкции показано на фигурах и подробно описано ниже.

На фиг.3 показан пример конструкции, которая устраняет необходимость оптического соединения между сцинтилляторами. Она представляет собой конструкцию "Класса I". Первый сцинтиллятор 12 представляет собой гамма-сцинтиллятор (LaX3:Ce в данном случае) и непосредственно соединен с фотодатчиком (показан как ФЭУ 18). Излучение из второго сцинтиллятора 14, который представляет собой нейтронный сцинтиллятор [ZnS(Ag)-LiF в данном случае], поглощается волокнами 24, сдвигающими длину волны (множество волокон в чередующейся спирали), и затем повторно излучаемые фотоны направляют на фотодатчик. В качестве альтернативы свет от сцинтиллятора, чувствительного к нейтронам, может быть рассеян в волокно, передан на некоторое расстояние в волокне, поглощен волокном и может повторно излучаться и направляться в фотодатчик. Также можно использовать другие структуры волокна, помимо чередующейся спирали, то есть также можно использовать другие структуры волокна, которые направляют свет на фотодатчик, как должно быть понятно для специалистов в данной области.

На фиг.4 показан пример конструкции ("Класс 1"), который включает в себя замедлитель 26, предназначенный для замедления нейтронов до тепловой скорости перед детектированием. Одна поверхность первого сцинтиллятора 12 (LaX3:Ce в данном случае) остается не покрытой замедлителем 26, что позволяет детектировать гамма-лучи низкой энергии без существенного их ослабления. Замедлитель можно использовать с любой конструкцией в данном описании.

На фиг.5 показан вариант конструкции ("Класс 1") на фиг.1. В этом случае используют одно волокно 24, сдвигающее длину волны, которое имеет конфигурацию спирали.

На фиг.6 показан вид в перспективе компоновки, в которой второй сцинтиллятор 14 расположен на стороне поступления радиации всего чувствительного элемента 10 и представляет собой другой вариант конструкции ("Класс 1"), в которой используют волокна 24 сдвигающие длину волны.

На фиг.7 показан еще один вариант конструкции ("Класс 1"), в котором используются волокна, сдвигающие длину волны, при этом волокна, сдвигающие длину волны, расположены зигзагообразно на поверхности ZnS(Ag)LiF на обоих концах, соединенных с ФЭУ 18.

На фиг.8 показан вариант конструкции ("Класс 1") на фиг.7. В этом случае используют множество волокон 24, сдвигающих длину волны. Эффективность переноса фотонов от сцинтиллятора нейтронов или чувствительного слоя 16 [ZnS(Ag)-LiF в данном случае] в фотодатчик (ФЭУ 18 в этом случае) увеличивается путем уменьшения общей длины оптического пути (благодаря использованию множества волокон) и путем устранения любых сильных изгибов в волокнах.

На чертежах представлен LaX₃:Се, в качестве гамма-сцинтиллятора 12 и ZnS(Ag-LiF) в качестве нейтронного сцинтиллятора 14. Однако эти варианты используются только в качестве примеров, поскольку ту же конструкцию можно применять с широким диапазоном материалов сцинтиллятора. Поскольку волокна, сдвигающие длину волны, проявляют тенденцию существенного оптического поглощения, конструкции, в которых используется множество волокон, обычно являются предпочтительными, поскольку они минимизируют общую длину оптического пути в волокне (для фиксированной площади соединения между сцинтиллятором и волокном, сдвигающим длину волны). Конструкция Класса 1 также включает в себя конструкцию, в которой оба сцинтиллятора оптически изолированы друг от друга (с помощью соответствующего отражающего материала) и непосредственно соединены с фотодатчиком, как показано на фиг.9.

В другом примере первый сцинтиллятор, активируемый гамма-излучением, может быть выбран из группы, состоящей из: Се³⁺ активированных композиций, CsLnO(Cl, Br, I)₂ (Ln = редкоземельный элемент, Y, La), NaBaLaBr₆, BaGdCl₅, (Cs, Rb)Ba₂Br₅; элементы материалов семейства элпазолитов, твердые растворы LnC₃-LnBr₃-LnI₃ (Ln=La и Y), твердые растворы CeCl₃-CeBr₃-CeI₃, A₂LnX₅:Ce³⁺ (А=K, Rb, Cs; Ln=La, Y (X=Cl, Br, I) семейство материалов/твердые растворы MCl₂-MBr₂ (М=Са, Sr, Ba) и АВХ₃, где A=Cs, Rb, K, В=Са, Sr, Ba, Mg, Cd, X=Cl, Br, I.

В другом примере второй сцинтиллятор может содержать обогащенный материал, содержащий литий, например LiI, LiYSiO₄, LiBaF₃ и стекла на основе Li. Второй сцинтиллятор может также содержать материал, содержащий литий. Второй сцинтиллятор также может содержать боросиликатное стекло.

Конструкции, в которых используются волокна, сдвигающие длину волны, позволяют использовать нейтронные сцинтилляторы с относительно плохими оптическими свойствами. Все конструкции, вероятно, могут быть улучшены при добавлении замедлителя нейтронов (такого как парафин или полиэтилен) для замедления нейтронов до тепловой скорости перед детектированием (тепловые нейтроны имеют гораздо большее сечение при взаимодействии в большинстве материалов, чем быстрые нейтроны).

На всех чертежах и в описании предполагается, что нейтронный сцинтиллятор расположен на внешней стороне детектора и соединен с фотодатчиком с помощью волокон, сдвигающих длину волны (в конструкциях, в которых используются волокна, сдвигающие длину волны). Эти предположения были сделаны по ряду причин, представленных ниже:

1. В большинстве случаев гамма-сцинтиллятор должен иметь больший объем, чем нейтронный сцинтиллятор, поскольку длина поглощения гамма лучей, скорее всего, намного больше, чем длина поглощения нейтронного излучения. Поэтому было бы удобно выполнить нейтронный сцинтиллятор в виде тонкого слоя, соединенного с внешней стороной гамма-сцинтиллятора.

2. Поскольку гамма-лучи имеют относительно большую длину поглощения, большинство из них будут проходить через нейтронный сцинтиллятор без взаимодействия с ним. Поэтому включение нейтронного сцинтиллятора, в качестве внешнего слоя, не приведет к существенному поглощению гамма-излучения.

3. Энергия, выделяемая в нейтронном сцинтилляторе, велика (4,8 МэВ, при использовании реакции лития), по сравнению с энергией, выделяемой в гамма-сцинтилляторе. Поэтому более вероятно, что хорошее отношение сигнал-шум будет получено, когда нейтронный сцинтиллятор соединен с фотодатчиком через волокна, сдвигающие длину волны, чем в случае соединения гамма-сцинтиллятора с фотодатчиком, с использованием волокон, сдвигающих длину волны. Кроме того, для гамма-сцинтиллятора требуется иметь хорошее разрешение по энергии, тогда как для нейтронного сцинтиллятора не требуется хорошее разрешение по энергии. Поэтому процесс детектирования нейтронов является более толерантным к потерям в системе оптической передачи.

Несмотря на приведенные выше аргументы, предполагается, что данное описание также охватывает конструкции, в которых гамма-сцинтиллятор соединен с фотодатчиком через волокна, сдвигающие длину волны, и конструкции, в которых изменена структура двух сцинтилляторов.

Класс 2

Класс 2: В этом классе используют конструкции из двух

сцинтилляторов (один для детектирования нейтронов и другой для детектирования гамма-лучей) и два отдельных фотодатчика. Каждый сцинтиллятор непосредственно соединен с одним фотодатчиком, и остальные поверхности каждого сцинтиллятора покрыты отражающим материалом (для улучшения эффективности сбора света). Две таких конструкции показаны на фиг.10 и 11. Конструкция, показанная на фиг.10, представляет включение фотодиода 28, который используется для считывания нейтронного сцинтиллятора, расположен на внешней поверхности общего детектора, предлагает дополнительную возможность использования фотодиода 28 в качестве детектора с непосредственным преобразованием для гамма-лучей с низкой энергией (приблизительно <25 кэВ). При использовании дискриминации по форме импульса события, возникающие под действием непосредственного преобразования гамма-лучей, поглощаемых в диоде, можно отличать от сигналов, получаемых в результате взаимодействия нейтронов в нейтронном сцинтилляторе. Дополнительные варианты выполнения, представляющие использование фотодиода, показаны на Фигурах 12 и 13.

В приведенном выше описании фотодатчик может включать в себя (без ограничения) фотоумножители, фотодиоды, лавинные фотодиоды и диоды, работающие в режиме счетчика Гейгера.

Второй подход устраняет необходимость оптического соединения между двумя сцинтилляторами благодаря использованию новых конструктивных концепций. Такой подход обеспечивает следующие преимущества:

1. Поскольку два сцинтиллятора не соединены оптически, выбор материалов сцинтиллятора может быть выполнен без учета взаимодействия между эмиссией в одном сцинтилляторе и поглощением в другом сцинтилляторе. Это упрощает выбор материалов сцинтилляторов и позволяет использовать комбинации, которые не были бы эффективными, если бы два сцинтиллятора были оптически соединены. Он также устраняет ограничение, состоящее в необходимости использования двух сцинтилляторов с различимыми значениями времени затухания.

2. Упрощение электронных аппаратных средств и программных средств для различения нейтронов от гамма-лучей. События, вызванные нейтронами и гамма-лучами различают в соответствии с тем, какой из фотодатчиков принимает фотонный сигнал, а не по различию между временем затухания между двумя сцинтилляционными материалами. Это устраняет необходимость использования более сложного анализа во временной области сигнала, генерируемого в одном фотодатчике, в случае 1.

В конструкциях (одна из которых показана на фиг.7), в которых используются фотодиод или лавинный фотодиод (ЛФД, APD) на внешней поверхности детектора, такой подход имеет дополнительное преимущество обеспечения детектирования с высоким разрешением по энергии гамма-лучей с низкой энергией (меньше чем приблизительно 25 кэВ) в результате непосредственного преобразования в фотодиоде или ЛФД.

По сравнению с конструкциями, в которых два сцинтиллятора оптически соединены, второй подход позволяет улучшить разрешение по энергии при детектировании гамма-лучей путем обеспечения максимальной однородности сбора света в сцинтилляторе гамма-лучей. Устранение необходимости взаимодействия света, генерируемого в слое, чувствительном к нейтронам в гамма-сцинтилляторе, обеспечивает большую гибкость конструкции гамма-сцинтиллятора, что позволяет получить максимальную возможность выбора материалов с более однородным и более низким оптическим поглощением на длинах волн эмиссии гамма-сцинтиллятора. В результате этого обеспечивается большая однородность сбора света и более высокое разрешение по энергии.

Хотя способы и устройство, описанные выше и/или заявленные здесь, были описаны совместно с предпочтительными вариантами выполнения и чертежами, следует понимать, что можно использовать другие аналогичные варианты выполнения или модификации, и можно выполнять добавления к описанному варианту выполнения для получения тех же функций способов и устройств, описанных выше, и/или заявленных здесь, без отхода от них.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

10 Чувствительный элемент 12 Первый сцинтиллятор 14 Второй сцинтиллятор 16 Слой, чувствительный к нейтронам 18 Фотоумножитель 20 График времени распада 22 Отражатель 24 Волокно, сдвигающее длину волны 26 Замедлитель нейтронов 28 Фотодиод

Изобретение относится к области детектирования гамма- и нейтронного излучения. Технический результат - одновременное детектирование гамма- и нейтронного излучения. Детектор гамма- и нейтронного излучения содержит чувствительный элемент (10) или детектор, активируемый излучением, содержащий первый сцинтиллятор (12), активируемый гамма-излучением, и слой (16), чувствительный к нейтронам, содержащий второй сцинтиллятор (14), активируемый нейтронным излучением. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Чувствительный элемент (10), активируемый излучением для использования с фотодатчиком, содержащий:
первый сцинтиллятор (12), активируемый гамма-излучением; и
слой (16), чувствительный к нейтронам, содержащий второй сцинтиллятор (14), активируемый нейтронным излучением;
в котором один сцинтиллятор непосредственно соединен с фотодатчиком, а другой сцинтиллятор соединен с фотодатчиком через сдвигающий длину волны материал.

2. Чувствительный элемент (10) по п.1, в котором первый сцинтиллятор (12), активируемый гамма-излучением, содержит [La (Cl, Br, I)₃], активированный Се³⁺.

3. Чувствительный элемент (10) по п.1, в котором первый сцинтиллятор (12), активируемый гамма-излучением, содержит материал на основе галоида лантана.

4. Чувствительный элемент (10) по п.3, в котором материал на основе галоида лантана, содержит галоид лантана, легированный церием.

5. Чувствительный элемент (10) по п.1, в котором второй сцинтиллятор (14) содержит ZnS(Ag)-LiF.

6. Чувствительный элемент (10) по п.1, в котором второй сцинтиллятор (14) содержит ZnS(Ag)-LiF; и
первый сцинтиллятор (12) содержит галоид лантана, легированный церием.

7. Детектор излучения, позволяющий детектировать как гамма-, так и нейтронное излучение, содержащий:
элемент (10), чувствительный к излучению, содержащий первый сцинтиллятор (12), чувствительный к гамма-излучению, и второй сцинтиллятор (14), чувствительный к нейтронам; и
фотодатчик;
в котором один сцинтиллятор соединен с фотодатчиком напрямую, а другой сцинтиллятор соединен с фотодатчиком через сдвигающий длину волны материал.

8. Детектор излучения по п.7, в котором первый сцинтиллятор (12) представляет собой материал на основе галоида лантана.

9. Детектор излучения по п.7, в котором второй сцинтиллятор (14) излучает свет в диапазоне 300-500 нм.

10. Детектор излучения по п.7, в котором второй сцинтиллятор (14) имеет такую структуру, что он не возбуждает первый сцинтиллятор (12) и также не возбуждается первым сцинтиллятором (12).

11. Детектор излучения по п.7, в котором сдвигающий длину волны материал содержит сдвигающие длину волны волокна.