Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения Российский патент 2024 года по МПК G01T1/202 

Изобретение относится к области детектирования источников нейтронного и гамма-излучения с помощью сцинтилляционных детекторов, работающих на основе кремниевых фотоумножителей, и может быть использовано в различных системах регистрации ионизирующий излучений, в частности в компактных дозиметрах, дифракционных установках, установках для дозиметрического контроля.

В настоящее время происходит активное развитие детекторов, работающих на основе различных сцинтилляторов и твердотельных фотоумножителей. Данный тип детекторов широко известен под общим названием кремниевый фотоумножитель (Si-ФЭУ, MAPD, МРРС, SiPM, G-APD и т.д.) [1]. Принцип работы подобных устройств основан на конверсии ионизирующего излучения специальным сцинтиллятором, например, ZnS:Li6 - для нейтронов, Lu2SiO5:Ce - для гамма-излучения, и дальнейшей доставки света до светочувствительного элемента - ячейки кремниевого фотоумножителя. Как правило съем фотонов с нейтронного сцинтиллятора обеспечивается различными световодами, так как высокоэффективные сцинтилляторы для регистрации нейтронов в большинстве случаев являются не прозрачными. В то же время, сцинтилляторы для регистрации гамма-излучения достаточно прозрачны [2].

Известен сцинтилляционный детектор гамма-излучения [3], включающий датчик-сцинтиблок и блок обработки сигналов, в котором датчик-сцинтиблок содержит сцинтилляционный неорганический кристалл и фотодетектор (фотоэлектронный умножитель или фотодиод). Однако детектор с таким датчиком-сцинтиблоком непригоден для регистрации одновременно нейтронного и гамма-излучения и характеризуется более крупными габаритами.

Известен сцинтилляционный детектор для регистрации быстрых нейтронов и гамма-излучения [4], содержащий один датчик-сцинтиблок, включающий в себя пластиковый сцинтиллятор в форме призмы или цилиндра для регистрации быстрых нейтронов, выполненный по крайней мере с одним полым каналом и размещенным в нем волоконным сцинтилляционным световодом, светоотражающее зеркало, фотодиодное фотоприемное устройство и блок обработки сигналов. Волоконный сцинтилляционный световод изготовлен из ортогерманата висмута (BGO), который в свою очередь обладает высокой эффективностью регистрации гамма-излучения и также служит смесителем спектра для регистрации нейтронов. Смесители спектра (спектросмещающие волокна) служит для преобразования УФ-свечения пластикового сцинтиллятора с длиной волны 282 нм, несущей информацию о зарегистрированных быстрых нейтронах, в излучение с длиной волны 480-520 нм. Как правило коэффициент преобразования спектросмещающих волокон достаточно низкий (не более 40%), что приводит к потере фотонов от регистрации нейтронов, а следовательно, к более низкой эффективности. Быстрые нейтроны попадая в датчик-сцинтиблок активно взаимодействуют с веществом пластикового сцинтиллятора и вызывают появление быстрых протонов - ядер отдачи водорода, входящего в состав пластика. Регистрация нейтронов через ядра отдачи водорода требует достаточного объема водородосодержащего вещества, что не позволяет создать высокоэффективный и компактный (не менее 100x100x100 мм) детектор, который при этом обладает геометрией с существенными ограничениями.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения [5], содержащий сцинтилляционный блок, выполненный в виде датчика и состоящий из размещенных в едином корпусе внешнего нейтронно-чувстительного и внутреннего гамма-чувствительного сцинтилляторов, и кремниевый фотоумножитель, подключаемый к блоку обработки сигналов. Внешний нейтронно-чувствительный сцинтиллятор выполнен из чувствительного к быстрым нейтронам водородосодержащего вещества на основе пластмассы (СН)n или стильбена, а внутренний гамма-чувствительный сцинтиллятор NaI-Tl размещен в колодце внешнего сцинтиллятора. Датчик содержит два чехла из борсодержащего материала, обеспечивающих реакцию (n,α,γ), причем первый чехол охватывает внешний нейтронно-чувствительный сцинтиллятор, а второй чехол охватывает внутренний гамма-чувствительный сцинтиллятор NaI-Tl.

Устройство работает следующим образом. Под действием быстрых нейтронов, попадающих в объем внешнего нейтронно-чувствительного сцинтиллятора, в нем возникают световые вспышки с длиной волны излучения 400-420 нм и с длительностью до 2-3 нс, которые поступают через оптический контакт на фотокатод кремниевого фотоумножителя, создавая на его выходе электрические импульсы длительностью 2-3 нс. Быстрые нейтроны, проходя через нейтронно-чувствительный сцинтиллятор, теряют свою энергию за счет столкновений с ядрами водорода, при этом они замедляются и регистрируются как тепловые нейтроны по реакции (n,α,γ). Тепловые нейтроны поступают в чехол гамма-чувствительного сцинтиллятора, ядра бора которого поглощают α-частицы (чехол непрозрачен и сцинтилляций под действием α-частицы в нем не происходит), а возбужденное ядро ⁷Li переходит в основное состояние с испусканием γ-кванта с энергией ~0,48 МэВ, который попадает в сцинтиллятор NaI-Tl и регистрируется в нем. Испускаемые источником излучения первичные γ-кванты проникают через стенки корпуса детектора, через внешний чехол и через сам водородосодержащий материал внешнего нейтронно-чувствительного сцинтиллятора и регистрируются в основном с помощью гамма-чувствительного сцинтиллятора-кристалла NaI-Tl, вызывая в нем световые вспышки с длинной волны 410 нм и длительностью τ=250 нс, которые через оптический контакт поступают на фотокатод фотоумножителя, создавая на его выходе электрические импульсы, длительностью 250 нс. Первичные γ-кванты, особенно γ-кванты мягкой области спектра 0,4-0,5 МэВ, частично регистрируются и органическим нейтронно-чувствительным сцинтиллятором, однако создаваемые им электрические импульсы, при длительности 3-5 нс имеют в несколько раз меньшую амплитуду.

В итоге, на блок обработки сигналов с фотоумножителем поступает несколько основных групп сигналов, различных по длительности и амплитуде, которые требуют сложной обработки, что определяет высокие требования к блоку обработки сигналов. Одна группа сигналов от органического нейтронно-чувствительного сцинтиллятора, создаваемая быстрыми нейтронами, с длительностью не выше 3-5 нс, и высокой амплитудой (при этом значительная доля быстрых нейтронов не регистрируется органическим сцинтиллятором). Гамма-кванты при этом регистрируются в основном кристаллом NaI-Tl, что образует вторую группу сигналов длительностью 250 нс. В эту же группу сигналов, но меньшей амплитуды, попадают и сигналы, создаваемые первичными тепловыми нейтронами от источника, после их взаимодействия с ядрами бора в чехле нейтронно-чувствительного сцинтиллятора.

При этом внутренний гамма-чувствительный кристалл-сцинтиллятор NaI-Tl несет информацию как о гамма-составляющей, так и нейтронной компоненте излучения от источника, и регистрирует несколько типов γ-квантов: регистрирует внешние γ-кванты, соответствующие измеряемому γ-полю, и внутренние γ-кванты, рожденные тепловыми нейтронами ((n,α,γ)-реакция) во внутреннем чехле из борсодержащего материала. Также происходит регистрация нейтронов в гамма-чувствительном кристалл-сцинтилляторе по внутренним γ-квантам, рожденным тепловыми нейтронами после их поглощения во внешнем чехле из борсодержащего материала по реакции (n,α,γ), что не позволяет достоверно оценить внешний гамма-фон при его энергии равному энергии гамма-частицы полученный от регистрации нейтрона (0.48 МэВ). Кроме того γ-кванты, имеющие 4π-распределение (т.е. испускаются сферически симметрично) поступают не только в кристалл NaI-Tl, но и во внешний органический нейтронно-чувствительный сцинтиллятор, обладающий малой эффективностью их регистрации (из-за его малого атомного номера намного меньше, чем таковая для NaI-Tl сцинтиллятора), и они легко дискриминируются при анализе. Кроме того, наличие светонепроницаемого чехла из карбида или нитрида бора приводит к тому, что часть сцинтилляций от пластика в нем теряется. Указанные недостатки снижают эффективность регистрации и усложняет конструкцию устройства.

Вместе с тем, известный детектор характеризуется большими габаритами, ввиду конструктивных и физических свойств сцинтилляторов с чехлами. При этом геометрия детектора обладает существенными ограничениями, так как конструктивные особенности устройства не позволяют изменять количество сцинтилляторов, размеры которых при этом могут иметь довольно ограниченные значения, что ограничивает чувствительный объем и возможный диапазон размеров детектора. Также, низкая стойкость к удару (из-за низкой гигроскопичности сцинтилляционного кристалла NaI-Tl) и высокие требованиями к герметизации не позволяют создать детектор достаточно больших размеров.

Таким образом, известный детектор обеспечивает счет нейтронов широкого спектра энергий как быстрых, так и тепловых, однако характеризуется невысокой эффективностью регистрации (количество зарегистрированных нейтронов или гамма-частиц по отношению к общему количеству на единицу площади) при больших габаритах устройства с фиксированной геометрией, что ограничивает область применения устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности регистрации детектора к нейтронному и гамма-излучению с возможностью оптимизации геометрии устройства, что позволяет расширить его область применения.

Поставленная задача решается тем, что в сцинтилляционном детекторе нейтронного и гамма-излучения, содержащем сцинтилляционный блок, состоящий из нейтронно-чувствительного и гамма-чувствительного сцинтилляторов, и кремниевый фотоумножитель, подключаемый к блоку обработки сигналов, новым является то, что сцинтилляционный блок выполнен в виде световода со слоистой структурой, покрытого светоотражающим слоем и состоящего по меньшей мере из двух чередующихся и склеенных между собой тонких слоев нейтронночувствительного сцинтиллятора, выполненного из непрозрачного вещества на основе ZnS, и гамма-чувствительного сцинтиллятора, выполненного прозрачным из водородсодержащего вещества на основе пластмассы, при этом детектор содержит один или два кремниевых фотоумножителя, установленных с одной или с двух торцевых сторон световода соответственно, каждый из которых оптически соединен со световодом через дополнительно установленную покрытую светоотражающим слоем собирающую линзу, одна сторона которой по всей площади прилегает к торцевой стороне световода, а противоположная - ко всей фоточувствительной области кремниевого фотоумножителя, при этом собирающая линза и гамма-чувствительный сцинтиллятор выполнены из одного материала.

Предпочтительно выполнение световода из 1-10 слоев нейтронночувствительного сцинтиллятора, чередующихся с 1-10 слоями гамма-чувствительного сцинтиллятора соответственно.

Предпочтительно выполнение каждого слоя нейтронночувствительного сцинтиллятора с толщиной 0,45 мм, а каждого слоя гамма-чувствительного сцинтиллятора с толщиной 2,5 мм.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где:

- на фиг. 1 схематически представлен сцинтилляционный детектор, в котором кремниевый фотоумножитель с собирающей линзой установлены с одной торцевой сторон световода;

- на фиг. 2 схематически представлен сцинтилляционный детектор, в котором с кремниевые фотоумножители и собирающие линзы установлены с двух торцевых сторон световода;

- на фиг 3. представлен график зависимости эффективности регистрации нейтронного и гамма- излучения от количества слоев.

Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения, содержит сцинтилляционный блок 1, выполненный в виде световода 2, покрытого светоотражающим слоем (на рисунке не показан) из фторопласта (фиг. 1). Световод 2 состоит из чередующихся слоев нейтронночувствительного сцинтиллятора 3, выполненного из непрозрачного вещества ⁶Li (ZnS(Ag):⁶LiF) (сцинтиллятор на основе ZnS, активированного серебром, с добавлением в качестве конвертора ⁶LiF), и гаммачувствительного сцинтиллятора 4, выполненного прозрачным из водородсодержащего вещества на основе пластмассы с высокой степенью прозрачности - поливинилтолуола. В светотоводе со слоистой структурой поочередно склеены слои нейтронно-чувствительного сцинтиллятора и гамма-чувствительного сцинтиллятора с помощью клея типа оптический цемент с высокой прозрачностью (например EJ-500) с последующей сушкой в вакууме при температуре 50 градусов в течении 24 часов для устранения неоднородностей в клеевой прослойке.

Количество чередующихся слоев нейтронно-чувствительного и гамма-чувствительных сцинтилляторов 3, 4, может быть, различное и определяется требуемым объемом чувствительного вещества для достижения оптимально высокой эффективности регистрации нейтронного и гамма-излучения. Увеличение количества достаточно тонких слоев сцинтилляторов в световоде 2 позволяет увеличить чувствительный объем детектора без существенного увеличения его габаритов и оптимизировать геометрию световода в зависимости от области применения и выполняемых задач. Выполнение световода 2 из чередующихся слоев нейтронночувствительного сцинтиллятора 3 и прозрачного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4 позволяет увеличить объем нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3, исключая потери фотонов в его объеме, тем самым увеличивая эффективность регистрации нейтронов. Увеличение же объема путем увеличения толщины слоя нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3 приводит к поглощению фотонов с объемов световода 2 в объеме непрозрачного нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3.

Максимальная длина световода 2 определяется коэффициентом пропускания света прозрачного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4, и для данного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4 из поливинилтолуола может достигать 220 мм.

С одной торцевой стороны световода 2 установлен кремниевый фотоумножитель 5, оптически соединенный со световодом 2 через покрытую светоотражающим слоем (на рисунке не показан) из фторопласта собирающую линзу 6. Для сохранения эффективности регистрации собирающая линза 6 одной стороной прилегает по всей площади к торцевой стороне световода 2, а противоположной стороной прилегает ко всей фоточувствительной области кремниевого фотоумножителя 5.

Для увеличения объема прозрачного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4 в детекторе без существенного увеличения его размеров, собирающая линза 6 выполнена из поливинилтолуола - того же прозрачного материала что и гамма-чувствительный сцинтиллятор 4, что способствует повышению эффективности регистрации и снижению габаритов устройства.

Светоотражающие слои световода 2 и собирающей линзы 6 могут быть выполнены в виде нанесенной светоотражающей краски EJ-510 или краски на основе сульфата бария или диоксида титана, и служат для защиты от внешнего света и сокращения оптических потерь, вызываемых рассеянием во внешних оболочках световода 2 и собирающей линзы 6, что повышает эффективность сбора фотонов.

Предлагаемый детектор может содержать два кремниевых фотоумножителя 5, установленных с двух торцевых сторон световода 2, каждый из которых оптически соединен со световодом 2 через дополнительно установленную и покрытую светоотражающим слоем собирающую линзу 6, а вход каждого кремниевого фотоумножителя 5 подсоединен к блоку обработки сигналов (фиг. 2). Количество кремниевых фотоумножителей в большей степени определяется требуемыми размерами длины и ширины световода 2 (тогда как эффективность световода повышается за счет увеличения чувствительного объема сцинтилляторов). Установка одного кремниевого фотоумножителя 5 экономически целесообразна при размере длины и ширины детектора до 220×220 мм. Установка двух кремниевых фотоумножителей 5 с двух торцевых сторон световода 2 через собирающие линзы 6 приводит к сокращению оптических потерь при сборе фотонов, что позволяет увеличить длину световода 2 примерно в два раза, длина и ширина которого может достигать 440*440 мм.

Устройство работает в полях нейтронного и гамма-излучения следующим образом. В объем сцинтилляционного блока 1 попадает нейтронное либо гамма-излучение. Под действием нейтронов, попадающих в объем нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3, в нем возникают световые вспышки (или вспышки фотонов) с длиной волны излучения 450 нм с длительностью до 200-300 нс. Эти световые вспышки, из слоя (или слоев) нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3 переходят в соседний слой (или соседние слои) прозрачного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4, где за счет его прозрачности и отражения от светоотражающего слоя из фторопласта световода 2 практически без потерь попадают через оптический контакт в собирающую линзу 5 и далее в кремниевый фотоумножитель 5, создавая на его выходе электрические импульсы длительностью 2-3 нс.

Нейтронно-чувствительный сцинтиллятор 3 на основе ZnS с добавлением изотопов для конвертации нейтронов (⁶Li или ¹⁰В), которые делают его практически непрозрачным для собственного излучения и тем самым ограничивают его толщину примерно до 0.5 мм, обладает высокой эффективностью регистрации как тепловых (до 38%), так и быстрых нейтронов при малых толщинах сцинтиллятора, что повышает эффективность регистрации и снижает габариты детектора.

В объеме прозрачного гамма-чувствительного сцинтиллятора 4, выполненного из водородсодержащего вещества на основе пластмассы (в частности из поливинилтолуола), происходит замедление быстрых нейтронов до уровня тепловых (при этом сохраняется возможность регистрации гамма-излучения и обеспечивается 90-100%ный светосбор фотонов, возникающих в нейтронном- и гамма-чувствительных сцинтилляторах 3, 4), и перенос фотонов через прозрачный гамма-чувствительный сцинтиллятор 4 и собирающую линзу 6 на кремниевый фотоумножитель 5, что способствует повышению эффективности регистрации быстрых нейтронов.

Собирающая линза 6 при этом служит для концентрации фотонов на чувствительном объеме кремниевого фотоумножителя 5 и позволяет согласовать размеры световода 2 с размером активной области кремниевого фотоумножителя 5, тем самым уменьшая потери фотонов от переотражения от стенок световода 2, повышая эффективность регистрации.

Аналогичным образом происходит регистрация гамма-излучения, только конвертация излучения в фотоны происходит сразу в прозрачном гамма-чувствительном сцинтилляторе 4. Гамма-кванты вызывают в слое гамма-чувствительного сцинтиллятора 4 световые вспышки с длинной волны 410 нм и длительностью τ=1-50 нс. Эти световые вспышки попадают через оптический контакт в собирающую линзу 5 и далее в кремниевый фотоумножитель 5, создавая на его выходе электрические импульсы различной длительности.

Сигнал с кремниевого фотоумножителя 5 попадает на зарядо-чувствительный усилитель блока обработки сигналов (на рисунке не показан). Усиленный сигнал попадает на вход типового амплитудного анализатора импульсов блока обработки сигналов. При установке в детекторе с двух сторон световода 2 кремниевых фотоумножителей 5 с собирающими линзами 6, сигнал с каждого попадает на зарядо-чувствительный усилитель блока обработки сигналов. Сигналы с зарядо-чувствительного усилителя имеют различную длительность: для нейтронного излучения (порядка 200-300 нс), для гамма-излучения значительно ниже (1-50 нс), что позволяет определить форму импульса, получаемую с выхода кремниевого фотоумножителя 5 и тип зарегистрированного излучения.

В предлагаемом детекторе основной путь регистрации нейтронов основан на регистрации α-частицы в объеме непрозрачного нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3 и преобразование ее в фотоны. Распространение α-частицы отличается от 4π-распределения и имеет более сложную форму, связанную с пробегом частицы в объеме нейтронно-чувствительного сцинтиллятора 3, выход частицы из объема сцинтиллятора при этом практически исключается. Регистрация нейтрона по α-частице позволяет получить более высокое количество фотонов, повышая эффективность регистрации. Типовое время испускания фотонов при регистрации нейтрона сцинтиллятором ZnS 200-300 нс.

Гамма-частица, испускаемая при захвате нейтрона, также регистрируется в объеме гамма-чувствительного сцинтиллятора и служит для увеличения световыхода при регистрации нейтронов. За счет меньшей длины вспышки фотонов от гамма-излучения (от 1 до 50 нс) обеспечивается возможность достоверно различать нейтронное и гамма-излучения и дискриминировать гамма-частицу, испускаемую при захвате нейтрона, тем самым обеспечивая возможность проводить спектрометрический анализ во всем диапазоне энергий.

Расчетным путем установлена эффективность регистрации нейтронного и гамма-излучения предлагаемого детектора, для световода с количеством слоев от 1 до 10 нейтронно-чувствительного сцинтиллятора на основе ZnS и с количеством слоев от 1 до 10 гамма-чувствительного сцинтиллятора из прозрачного поливинилтолуола (фиг.3). При расчетах использовался известный метод, основанный на учете задержки и захвата нейтронов каждым слоем сцинтиллятора [6], [7]. Для расчетов используются формулы:

где ε_i - эффективность регистрации слоя i, %

ε₁ - эффективность регистрации сцинтиллятора, %

ε_общ - общая эффективность регистрации, %

n - общее количество слоев.

В качестве ε₁ для нейтронов использовано значение эффективности, указанное у производителя сцинтиллятора на основе ZnS, активированного серебром, с добавлением в качестве конвертора ⁶LiF (Эффективность 36%, толщина 0.45 мм) [8]. Для гамма-чувствительного сцинтиллятора из поливинилтолуола значение эффективности равно 36.41% при толщине 2.5 мм [9].

Из расчетов, представленных на фиг.3 видно, что даже при одном слое нейтронно-чувствительного и гамма-чувствительного сцинтиллятора (кривые практически совпадают) достигается достаточно высокая эффективность в пределах 36% как для гамма так и для нейтронного излучения, при толщине световода детектора менее 5 мм. С увеличением количества слоев эффективность увеличивается и уже при 10-ти слоях нейтронно-чувствительного и 10-ти слоях гамма-чувствительного сцинтиллятора приближается к 100% как для гамма так и для нейтронного излучения, при этом толщина детектора составляет не более 30 мм.

Таким образом, конструктивные особенности предлагаемого детектора обеспечивают высокий светосбор сцинтилляций в слоистой структуре световода, что позволяет повысить эффективность регистрации, которая варьируется в диапазоне от 36% до практически 100% (при 10 слоях) при малых габаритах детектора. При этом, имея возможность варьировать чувствительным объемом (количеством и толщиной слоев) и размерами световода в широких диапазонах (длиной и шириной) возможно оптимизировать геометрию детектора и изготавливать достаточно компактные высокоэффективные детекторы с размерами не более 5x5x5 мм, которые могут использоваться в персональных дозиметрах и для создания позиционно-чувствительного матричного детектора, так и детекторы с большой чувствительной площадью, достигающей 220x220 мм и выше при требуемой толщине, которые могут использоваться для дифракционных установок и установок для дозиметрического контроля, что расширяет область применения устройства.

Литература

1. Каталог компании Азимут Фотоникс, дата обращения 07.07.2023, режим доступа https://azimp.ru/catalogue/silicon-pm2/, свободный

2. Каталог компании Азимут Фотоникс, дата обращения 07.07.2023, режим доступа https://azimp.ru/catalogue/scintillator/35, свободный

3 RU 2142147 C1,МПК G01T 1/20 опубл.27.11.1999.

4. RU 23037987 С2, МПК G01T1/203, опубл. 27.07.2007.

5. RU 2189057 С2, МПК G01T1/20 опубл. 10.09.2002.

6. Setsuo Satoh,Fiber multilayered ZnS position-sensitive neutron detector with high detection efficiency,Physica B: Condensed Matter,Volume 551,2018,Pages 401-404,ISSN 0921-4526, https://doi.org/10.1016/i.physb.2018.03.011, Belian, A.P., Dye, H.R., Ensslin, Norbert, Geist, W.H., Horley, E.C., Ianakiev, K.D., Kusner, M.R., Mayo, D.R., Russo, P.A., Sweet, M.R., & Browne, M.C. (Jan 2001). Prototype neutron-capture counter for fast-coincidence assay of plutonium in residues (LA-UR--01-2164). United States

7. A. Toda and S. Kishimoto, "X-Ray Detection Capabilities of Plastic Scintillators Incorporated With Zr02 Nanoparticles," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 67, no. 6, pp. 983-987, June 2020, doi: 10.1109/TNS.2020.2978240

8. https://elientechnologv.com/products/neutron-detectors/ei-426, дата обращения 07.07.2023, режим доступа свободный

9. A. Toda and S. Kishimoto, "X-Ray Detection Capabilities of Plastic Scintillators Incorporated With Zr02 Nanoparticles," in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 67, no. 6, pp. 983-987, June 2020.

Изобретение относится к области детектирования источников нейтронного и гамма-излучения с помощью сцинтилляционных детекторов. Сцинтилляционный блок сцинтилляционного детектора нейтронного и гамма-излучения выполнен в виде световода, покрытого светоотражающим слоем и состоящего по меньшей мере из двух чередующихся слоев нейтронно-чувствительного сцинтиллятора и выполненного прозрачным гамма-чувствительного сцинтиллятора, при этом детектор содержит один или два кремниевых фотоумножителя, установленных с одной или с двух торцевых сторон световода соответственно, каждый из которых оптически соединен со световодом через дополнительно установленную и покрытую светоотражающим слоем собирающую линзу. Технический результат – повышение эффективности регистрации нейтронного и гамма-излучения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения, содержащий сцинтилляционный блок, состоящий из нейтронно-чувствительного и гамма-чувствительного сцинтилляторов, и кремниевый фотоумножитель, подключаемый к блоку обработки сигналов, отличающийся тем, что сцинтилляционный блок выполнен в виде световода со слоистой структурой, покрытого светоотражающим слоем и состоящего по меньшей мере из двух чередующихся и склеенных между собой тонких слоев нейтронно-чувствительного сцинтиллятора, выполненного из непрозрачного вещества на основе ZnS, и гамма-чувствительного сцинтиллятора, выполненного прозрачным из водородсодержащего вещества на основе пластмассы, при этом детектор содержит один или два кремниевых фотоумножителя, установленных с одной или с двух торцевых сторон световода соответственно, каждый из которых оптически соединен со световодом через дополнительно установленную покрытую светоотражающим слоем собирающую линзу, одна сторона которой по всей площади прилегает к торцевой стороне световода, а противоположная - ко всей фоточувствительной области кремниевого фотоумножителя, при этом собирающая линза и гамма-чувствительный сцинтиллятор выполнены из одного материала.

2. Сцинтилляционный детектор по п. 1, отличающийся тем, что световод состоит из 1-10 слоев нейтронно-чувствительного сцинтиллятора, чередующихся с 1-10 слоями гамма-чувствительного сцинтиллятора соответственно.

3. Сцинтилляционный детектор по п. 2, отличающийся тем, что каждый слой нейтронно-чувствительного сцинтиллятора выполнен с толщиной 0,45 мм, а каждый слой гамма-чувствительного сцинтиллятора выполнен с толщиной 2,5 мм.