Устройство обнаружения и локализации нейтральных частиц Советский патент 1989 года по МПК G01T5/00 

Изобретение относится к обнаружению и локализации нейтральных частиц, в частности рентгеновских фотонов, гамма-фотонов или нейтронов.

Цель изобретения - повьшение позиционного разрешения и чувствительности.

На фиг.1 дан датчик,, разрез; на фиг.2 - схема датчика, применяемого в устройстве.

Устройство содержит датчик 1 (фиг.1), в котором предусмотрены конвертор и система сбора вторичных заряженных частиц, состоящая из нескольких элементов 3.1 и 3.2, 4.1 и 4.2.

Датчик 1 предназначен для обнаружения и локализации нейтральных частиц (в частности, рентгеновских лучей, гамма-квантов, нейтронов), которые облучают его. Среднее направление . распространения этих частиц (обозначено на фиг. 2 волнистой ) предполагается постоянным относительного датчика, по меньшей мере во время обнаружения. Конвертор 2 представляет собой пластину из материала с большим атомным номером, например, тантала, расположенную со скользящим падением относительно направления распространения нейтральньк частиц. . Угол между пластиной и этим направ01N9

IN9

СО 00

04

лением может быть равен 0-10°. На фиг.1 и 2 конвертор 2 расположен в плоскости, перпендикулярной плоскости этих фигур.

Удобно применять плоский конвер- op. Если жесткость пластины, составляющей конвертор, недостаточна, можно наклеить ее на жесткую подложку с потерей эффективности на 20-50%, учитьгоая то, что электроны собираются только в половине пространства. Чем меньше угол падения при той же толщине конвертора, тем больше расстояние, которое должна пройти па- частица в данном конверторе (фш.2). При угле, .равном 1,итол- ине пластины 70 мкм это расстояние составляет порядка 4 мм. Со стороны конвертора 2 установлен набор npof волочных электродов 3.1 и 3.2 с от- л гчающимся от конвертора 2 электрическим потенциалом.

Например, электроды 3.1 и 3.,2 имеют потенциал земли, а конвертор 2 имеет отрицательный потенциал 2-3 кВ. Под воздействием падающей нейтральной частицы конвертор 2 может вследствие фотоэлектрического эффекта, эффекта Комп- тона или образования пар высвободить, по меньшей мере один первичный электрон большой энергии, который может ионизировать газ и создать электронно-ионные пары. Созданные таким образом вторичные электроны под действием электрического поля притягиваются R одной из двух сетей электродов 3,1, 3.2 и сами создают другие вторичные электроны, формируя лавинный эффект в газе.

В то время как угол между падающими частицами и конвертором 2 небольшой, угол выхода электронов от- носительно конвертора может быть большим и практически равным 90°, поэтому путь, который проходят электроны внутри конвертора до их выхода из него, очень мал по сравнению с 4 мм толщины конвертора для падающего излучения.

Сети анодйых электродов 3.2, 3.2 позволяют усилить сигнал умножением зарядов благодаря лавинному эффекту и позволяют локализовать собираемый таким образом заряд. Эти электроды расположены с обеих сторон конвертора 2 в плоскостях, параллельнь:х последнему, т.е. в соответствующих плос

0

5

0

5

0

5

0

5

костях, перпендикулярных плоскости фиг.2.

Кроме того, электроды 3.1 и 3.2 параллельны проекции среднего направления распространения нейтральных частиц на плоскость пластины 2.

Все электроды обеих сетей 3.1 и 3.2 имеют одинаковый электрический потенциал, но каждый провод каждой сети электрически изолирован от всех остальных проводов той же сети. Напротив, каждый провод каждой сети (фиг.2) сожет быть соединен с проводом другой сети, занимающим симметричное положение относительно плоскости преобразователя, образуя с ним пару проводов обнаружения. Каждая пара проводов обнаружения, которая может быть образована сетями 3.1 и 3.2j Соединена с отдельным электронным каналом обнаружения обозначеннъ1М усилителем 5. Каждый канал усиливает электрический ток, соответствующий зарядам, собранным на паре проводов, с которой он связан. Таким образом, блок электронных каналов выдает группу электрических сигналов, которая представляет изображение распределения интенсивности нейтральных частиц по направлению, перпендикулярному

плоскости ф1 Ц ,2.

Кроме того, система сбора вторичных частиц имеет два дополнительных плоских электрода 4.1 и 4.2, которые расположены параллельно конвертеру 2 и электродам 3.1 и 3.2 с противоположной стороны относительно конвертора 2 потенциал, т.е. отрицательный потенциал 2-3 кВ. Эти дополнительные электроды позволяют осуществить луч- щее умножение и собирание зарядов, а также устраняют электрические силы, которые воздействуют на анодные вода 3.1 и 3.2, могли бы искривить их и изменить характеристики датчика,

Блок регистрации частиц установлен (фиг.1) на консоли 7. Консоль 7 крепится к основанию герметичной камеры 8. Камера 8 выполнена из материала, проницаемого для нейтральных частиц и обладающего механической прочностью, например из алюминия .

Пучок нейтральных частиц . 9 определен длинной щелью 10 коллиматора

1 1

, состоящего, например, из свинцового экрана, при этом щель-имеет длину I6 см и ширину 5 мм. На фиг. 1

10

51521293

направление щели по длнпе перпендикулярно плоскости фигуры, а след на кодаерторе 2 средней плоскости потока частиц 9 представляет собой линию, перпендикулярную плоскости фиг.1 и расположенную приблизительно на половине высоты конвертора.

Основание камеры 18 имеет герме- тичньй соединитель.с вилкой 12. Основание камеры 18 снабжено также вентилем 13 , позволяющим заполнять камеру при подходящем давлении cooTBet- ствующим газом,

Обьино в качестве газа берут . инертный газ, например аргон, в который добавляют небольшое количество многоатомного газа, например изобутана, этана, парообразного спирта, метила или смеси углекислого газа со спиртом. Давление регулируется в пределах 5 -10 - 10 Па, а в описанном варианте выполнения устанав - ливается на 10 На. Для предотвра- ения последствий старения газа можно акже выполнить в камере два отверстия, акие, какие образует вентиль 13 так, тобы установить непрерывную циркуяцию и/или обновление газа в камере.

эф н оч ду не то не Ф ли ще но ны ко до си ча ва др л це ше по ви ко ет

20

25

ос

Основание камеры 18 имеет еще один Q матором, а система сбора заряженных

герметический ввод 14 для электрического кабеля 15. Кабель 15 с наружной изоляцией соединяет конвертор 2 и катоды 4.1 и 4.2 с отрицательным электрическим потенциалом порядка 2-3 кВ.

Напряжение питания зависит от расстояния между анодными проводами сетей 3.1 и 3.2 и конвертором 2, от давления газа в камере, от коэф- фициента усиления, необходимого для создания лавин в газе, и от диаметра анодных проводов. Напряжение составляет предпочтительно порядка одного вольта на миллиметр и на торр (1 ,3-10 Па).

Предлагаемое устройство позволяет, в частности, получить изображение плотного тела, у которого пересекаемая нейтральными частицами толщина , металла составляет более сантиметра. Устройство может быть пр1ф енено для формирования изображений плотных и t объемных предметов, например конвейеров . В этом случае удобно использовать рентгеновские фотоны или гамма-кванты. Их энергия равна по меньшей мере 50 кэВ, предпочтительно 250 кэВ-2 кэВ.

35

40

45

50

55

частиц, на электроды которой подан положительный относительно конвертора потенциал, выполнена с возможностью образования лавинного эффекта в газе и соединена со схемами электронных каналов, формируищих одномерное изображение.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что электроды системы сбора заряженных частиц выпо нены в виде набора электрически изо лированных одна от другой проволок, расположенных параллельно проекции оси пучка частиц на пластину конвертора.

3.Устройство по п.2, отличающееся тем, что система сбора частиц дополнительно снабжена плоским электродом, имеющим такой

же потенциал, как и конвертор, и рас положенный параллельно ему с другой относительно конвертора стороны от набора проволочньгх электродов.

4.Устройство поп.З, отли - чающееся тем, что система сбора заряженных частиц снабжена набором электродов и дополнительным плоским электродом с двух сторон конвертора.

0

Устройство имеет очень высокую эффектив 1ость порядка 30% с излучением 400 кэБ, позволяет получить очень контрастное изображение исследуемых предметов и может быть применено в гаммаграфии, рентгеновской томографии, томографии гамма-лучами, нейтронами или излучением позитронов. Формула изобретения 1. Устройство обнаружения и локализации нейтральных частиц, содержащее датчик в виде камеры, заполненной газом и проницаемой для нейтраль- ных частиц, в которой установлены конвертор в виде пластины из твердого материала и параллельная ему система сбора вторичных заряженных частиц, включающая набор продолго- ватных электродов, параллельных Друг другу и пластине конвертора, о т - личающеес я тем, что, с целью повъпцения позиционного разрешения и чувствительности, датчик до-- полнительно содержит коллиматор в виде щели, параллельной пластине конвертора, причем конвертор образует угол более 0°, но менее 10 к

0

5

оси пучка частиц, образуемого колли5

0

5

0

5

частиц, на электроды которой подан положительный относительно конвертора потенциал, выполнена с возможностью образования лавинного эффекта в газе и соединена со схемами электронных каналов, формируищих одномерное изображение.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что электроды системы сбора заряженных частиц выполнены в виде набора электрически изолированных одна от другой проволок, расположенных параллельно проекции оси пучка частиц на пластину конвертора.

3.Устройство по п.2, отличающееся тем, что система сбора частиц дополнительно снабжена плоским электродом, имеющим такой

же потенциал, как и конвертор, и расположенный параллельно ему с другой относительно конвертора стороны от набора проволочньгх электродов.

4.Устройство поп.З, отли - чающееся тем, что система сбора заряженных частиц снабжена набором электродов и дополнительным плоским электродом с двух сторон конвертора.

.1

Фи2.

Изобретение касается обнаружения и локализации нейтральных частиц и может быть использовано в гаммаграфии, томографии. Цель изобретения - повышение позиционного разрешения и чувствительности, достигается использованием тонкого конвертора падающего излучения, расположенного под углом 0-10° по отношению к направлению потока падающего излучения, создаваемого щелевым коллиматором. Устройство содержит систему сбора вторичных заряженных частиц, выполненную в виде набора электрически изолированных одна от другой проволок, расположенных параллельно пластине конвертора и проекции оси пучка частиц на конвертор. С противоположной от системы проволок стороны по отношению к конвертору может быть размещен дополнительный плоский электрод с потенциалом конвертора. Набор проволочных электродов и плоский электрод могут быть выполнены с двух сторон конвертора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.