Устройство детектирования излучения Советский патент 1989 года по МПК G01T1/28 G01T5/08 

Изобретение относится к технике детектирования рентгеновского и гамма издпгчения, элементарных частиц и атомных ядер с возможностью одновременной регистрации света в инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом диапазонах с определением пространственного распределения ионизирующего и светового излучений, а также с возможностью идентификации ионизирующего излучения путем определения энергии, интенсивности и времени поступления регистрируемого излучения.

Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактх вными участками в гамма и оптическом диапазо нах при внешнем освещении несветящегося объекта и обеспечение возможности идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков.

На фиг.1 и фиг.2 изображены KOIJCT- руктивные варианты предлагаемого устел

о о ;о

СП

ел

ройстна; на фиг.З - фиг,5 - примеры вьтолнения датчика для съема сигналов в режиме реального времени.

Устройство (фиг,1) содержит конве тор 1, входная часть которого выполнена из сцинтиплятора 2 - сцинтилли- рующего волоконного материала, на котором расположен фотокатод 3, микроканальную пластину (МКП) 4, узел 5 регистрации электронов, состоящий из потенциально запоминающей пластины 6 и датчика 7 для съема сигналов в режиме реального времени, блок 8 считывания информации со средством сканирования электронного луча, состоящего из электронной пушки 9, считывающей сетки 10 и узла 11 развертки и отклонения и корпус 12,

Съем сигналов с датчика 7 осущеет вляется с помощью электрического вывода 13 (если датчик состоит из двух и более частей, то каждая из них имеет отдельный вывод).

Сцинтиллятор 2 вьшолнен из опти- чески прозрачного материала. Фотокатод может быть расположен между СЦИНТИЛЛЯТОРом и МКП, на входной поверхности ЖП, а также на сцинтшшя- торе (фиг,1),

Узел 5 регистрации электронбв, кроме своей основной функции по ф6р4 мированию потенциального рельефа и съема сигналов в режиме реального времени, играет роль герметичной пе- регородки входного (записывающего) и выходного (считывающего) объемов устройства. Эта перегородка защищает чувствительную поверхность потенци-гь ально запоминающей пластины, дат- чика, МКП и фотокатода от отрицательного воздействия считывающего луча. Основной (по площади) частью узла регистрации электронов является потенциально запоминающая пластина, которая должна удовлетворять следующим противоречивым требованиям:

быть достаточно прочной и иметь необходимую доя этого толщиг ;

иметь достаточно малую толщину из. соображений эффективности считьшания с нее зарядов с высоким разрешением по плоскости.

Эти противоречия решаются при Разработке конкретных, устройств для йп- ределенных условий их технического использования. Толщина пластины при этом может составить 0,01 - 0,3 мм.

.

0

5 0

j О j

0

Потенциально запоминающая пластина предназначена для накопления, хранения и передачи заряда, образованного при попадании на ее поверхность пучков электронов из каналов ЖП, Каждый такой пучок имеет форму сужающегося конуса, имеющего большее основание в месте выпета из канала МКП (диаметр основания конуса соответствует диаметру отдельного канала ЖП и равен 6 - 20 мкм). Пластина должна быть установлена вблизи предполагаемой вершины конуса, что позволит иметь диаметр участка накопления .заряда на пластине меньше диаметра отдельного канала ЖП. Расстояние между МКП и пластиной рассчитывается и выбирается при разработке конкретного устройства. Это расстояние можно оценить величиной 3-300 мкм. Пластина вьтблняется из материала, способного при воздействии пучков электрогов, образовывать электрический заряд и удерживать его в течении достаточно длительного времени, например, несколько часов, сутки. Пластина может быть вьшолнена из слюды, стекла, кремния и др . При выполнении пластины из кремния ее рабочая зона может быть подвергнута обработке, после чего поверхность этой зоны будет -представлять собой множество миниатюрных зарядособирающих элементов. Примером выполнения может быть пластина кремния толщиной 10 - 25 мкм, на поверхности которой методом литографии получают большое количество (до 500 тыс) расположенных рядами углублений (2-5 мкм), в которые методом диффузии наносится фосфор (п - область на р-область крамние- вой подложки),

Центры полученных зарядособирающих участков можно совместить с центрами каналов ЖП,

Датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени предназначен

ДЛЯ)

регистрации излучения для определения энергии, интенсивности, времени поступления входного излучения;

регистрации координаты этого излучения;

обеспечения возможности одновремен - ного наблюдения изображения объекта и идентификации входного излучения;

получения управляющего сигнала для быстрого уменьшения коэффициента уси-/

ления устройства при его аварийной засветке.

Датчик 7 выполнен из проводящего материала и имеет электрические выводы (по одному на каждый элемент, если датчик многоэлементный). Каждый элемент подключен к отдельному усилительному каналу. Съем электрических сигналов и параметры усилителя не имеют каких-либо особенностей и описаны в соответствующей литературе. На фиг,1 изображен датчик 7, состоящий из одного элемента, расположенного в центральной части пластины.

Блок 8 считывания информации предназначен для регистрации зарядового рельефа поверхности пластины с понощью электронной пушки 9, который сканирует пластину благодаря наличию электромагнитного узла 11 развертки и отклонения. Сканирование может осуществляться, например, по принципу формирования телевизионного растра. Сигналы, характеризующие заряд участ ков пластины, могут считываться раз- личным образом.

В устройстве (фиг.1) считьгаание сигналов производится с помощью считывакнцей сетки 10, с вьшода 14 которой сигналы передаются на вход усилителя. Электронная пущка 9, состоящая из подогревателя, катода, модулятора, управляющего и фокусирующего электродов, показанных на фиг.1, не имеет каких-либо особенностей вьтол- нения и описана в соответствующей литературе. Таким образом, блок считывания информации имеет традиционную конструкцию и может быть заимствован из стандартной аппаратуры, например, видикона.

Корпус 12, выполненный из вакуум- стойкого материала (например, стекла керамики и др.) не имеет каких-либо особенностей и описан в соответствующей литературе.

Устройство (фиг.2), размещенное в камере-обскуре 15, содержит корпус 12 с входной частью, выполненной из сцинтиллирующего материала. На внутренней торцовой поверхности сцинтил- лятора 2 расположен фотокатод 3. Сцинтиллятор вьтолнен из волокон, промежутки между которыми заполнены вакуумстойким материалом, обеспечивающим вакуумплотность сцинтштлятора Для повышения коэффициента усиления устройства (фиг.2) использована шевронная сборка из двух МКП , датчик 7 имеет один элемент и электрический вывод 13, а узел 11 развертки и отклонения - электростатический.

Оболочка камеры-обскуры 15 может быть выполнена, например, из свинца или вольфрама и необходима для защиты устройства от ионизирующего излуче0 ния, а также для пропускания светового и ионизирующего излучения через небольшое отверстие во входной части камеры на вход сцинтиллятора.

Хртройство (фиг.2) представляет

5 собой гамма-визор, который позволяет осуществить одновременное наблюдение (регистрацию изображения) объекта в диапазоне ионизирующего и светового излучения. К примеру, если

Q объект проявляет себя в диапазоне гамма-излучения, условно показанного в виде стрелки 16, а также в виде светового излучения, условно показанного пунктирной стрелкой 17, то

5 благодаря использованию камеры-обскуры 15 и линзы 18, установленной в отверстии камеры-обскуры,на вход сцинтиллятора 2 от объекта одновременно поступает гамма-излучение 19 и

Q световое излучение 20. Световое изображение (излучение) 20 объекта будет скорректировано благодаря оптической линзе 18. Устройство наиболее эффективно может быть использовано в том случае, когда необходимо визуально рассмотреть объект, проявляющий себя В диапазоне ионизирующего излучения, например, при исследовании дефектов защитногЬ кожуха или рассмотреть излу чающий объект с радиоактивными участками при его поиске. Естетственно требуется внешнее освещение несветящегося объекта.

На фиг.З - фиг.5 изображены варианты вьтолнения датчика 7 для съема сигналов в режиме реального времени.

Датчик для съема сигналов в режиме реального времени, изображенный на фиг.З, состоит из трех электрически изолированных элементов-датчиков 7, снабженных самостоятельными выводами 13 и размещенных в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциально запоминающей пластины 6.

Датчик для съема сигналов в режиме реального времени, изображенный на фиг.4, представляет собой небольшой круг, размещенный в центральной части рабочей зоны пластины.

5

5

0

5

Датчик для съема сигналов в режим реального времени, изображенный на фиг.5, выполнен в виде кольца, расположенного по периметру потенциальн запоминающей пластины и частично перкрывающего углы рабочей зоны этой пластины.

Различные варианты вьшолнения датчика для съема сигналов в режиме ре- ального времени обусловлены конкрет- требованиями при одновременной регистрации изображения объекта и идентификации излучения его радиоактивных участков, а именно:

датчик (фиг.З) эффективен при использовании устройства для регистрации изображения какого-либо объекта с фиксированным расположением его радиоактивных участков, излучение от которых направлено на соответствукяци элементы датчика (в этом случае не требуе /ся поиск радиоактивных участков объекта, а регистрация изображения и идентификация излучения может производиться- в любой момент при наличии излучающего поля)}

датчик СФИГ.4) эффективен при необходимости поиска радиоактивных участков объекта путем перемещения этого датчика-так, чтобы он оказался в излучающем поле радиоактивного участка;

датчик (фиг.5) эффективен при необходимости наблюдения изображения объекта без затенения этого изображения датчиком, в этом случае излучение на датчик поступает за пределами рабочей зоны потенциально запоминающей пластины).

Устройство работает следующим об- разом,

Входное излучение поступает на конвертор 1 и преобразуется в пучки электронов, которые умножаются с по- мощью МКП 4. Далее пучки электронов поступают на узел 5 регистрации электронов, образуя зарядовый рельеф на потенциально запоминакщей пластине. Часть пучков электронов попадают на датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени, с которого производится считыва1ше сигналов на вход усилителя. Зарядовый рельеф на пластине считывается благодаря средству сканирования электронного луча и сигнальной сетке, информация с которой поступает (для наглядного представления изображения объекта), на

с

Q 5

0 5

О

д

„

5

пример, на видеомонитор. Если датчик 7 расположен в рабочей зоне пластины, то изображение на экране видеомонитора затенено площадкой датчика.

Использование предлагаемого устройства (в отличие от известных) дает возможность одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазоне и идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этик участков. Кроме этого, устройство позволяет регистрировать излучение, имеющее низкую интенсивность, что возможно благодаря наличию потенциально запоминакнцей пластины, накапливающей информацию о координатах и интенсивности входного излучения, и датчика, позволяющего работать в счетном режиме. Благодаря вьппеописанным свойствам потенциально запоминающей пластины в устройстве может храниться полученная информация в течение нескольких часов, что дарт возможность разделить по времени процессы записи и считывания, а также снизить потребление устройством энергии, производя в необходимых случаях (например, в бортовой аппаратуре) только запись информации, отключив при этом блок считывания информации .

Выходные электрические сигналы, получаемые с помощью блока считывания информации, не требуют последующей сложной обработки (типа операции взвешивания) или записи и последующего считывания из памяти большого количества информации. Выходные сигналы без всякой математической обработки могут быть вьтедены на экран видеомонитора. Эти сигналы содержат информацию о координатах поля изображения с разрешением по полю, определяемым диаметром отдельного канала МКП. Выходные сигналы поступакицие из устройства-прототипа требуют сложной аппаратуры и обработки для того, чтобы достичь указанное разрешение.

Использование сцинтиллятора в качестве входной части конвертора расширяет энергетический диапазон регистрации излучения в сторону мягкой области.

Фи.1

в п

cffu.:

Изобретение может быть использовано в атомной физике, дозиметрии, ядерном приборостроении, телевидении, океанологии, экологии, медицине, при исследовании космоса и др. Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазонах и идентификации излучения от радиоактивных участков путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков. Устройство содержит конвертор, входная часть которого выполнена из оптически прозрачного материала, микроканальную пластину и узел регистрации электронов, состоящий из потенциально-запоминающей пластины и датчика для съема сигналов в режиме реального времени. Кроме того, имеется блок считывания информации с потенциально-запоминающей пластины со средством сканирования электронного луча. Изобретение позволяет регистрировать изображение объекта в двух диапазонах, излучение, имеющее низкую интенсивность, а также хранить информацию в течение нескольких часов. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

фй/.4

pu.5