Комптоновский телескоп для регистрации гамма-квантов Советский патент 1991 года по МПК G01T1/29 

. (46) 07.09.91 . Г.нш. № 33

(21)4446456/25

(22)25.04.88

(71)Московский инженерно-физический институт

(72)А.А.Колюбин, С.А.Кирюшин и В.В.Толстяков

(53)621.3.08(088.8)

(56)Schonfelder V., Hirner A., Schneider К. A Telescope for Soft ray astronomy-NucI. Instrum. and Methods, 1У73, vol. 107, N 02, pp. 385-ЗУ4.

I.Siraone, T.O.Neil 1, O.T.Turner, A.D.Zych. Monte-Carlo simulation of a new gamma-ray telescope - IEEE Trans, on. Nucl. Science, 1985, vol. NS-32, N 01, p. 124.

(54)КОМПТОНОВСКИЙ ТЕЛЕСКОП ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГАММА-КВАНТОВ

(57)Изобретение относится к технике регистрации гамма-излучения и может быть использовано для анализа пространственного положения источников гамма-излучения и их энергетических характеристик. Цель изобретения Изобретение относится к ядерно-физической технике регистрации и исследования источников гамма-излучения средних энергий, л точнее к методам получения информации по энергетических характеристиках и пространственном расположении источников гамг а-излуче- ния, и может быть использовано при ре- РНИИ запяч 1ммм.)-,|г i рономни , геоло-

повышение чувствительности и углового разрешения телескопа. Это достигается введением дополнительного блока и выбором количества детекторов, их толщины и расстояния между ними. Комп- тоновский телескоп содержит позиционные детекторы, соединенные с блоками, осуществляющими кодирование координат взаимодействия гамма-квантов с детекторами, их энергию и номер детектора, которые соединены с блоком обработки. Повышение чувствительности и углового разрешения достигается использованием блока кодирования последовательности срабатывания детекторов, который также соединен с блоком обработки и на который поступают сигналы с детекторов, и выбором количества детекторов из условия , где ju - линейный коэффициент поглощения гамма-квантов в детекторе; h - толщина детектора (hЈ0,1 м). Расстоя-5 ние между детекторами выбрано из условия Н ДХ-п/д - /W, где & X - координатное разрешение детектора; 4/ - угловое разрешение телескопа. 1 ил.

g С/)

V ,

гии и других, где требуется поиск и обнаружение гамма-источников в диапазоне энергий 0,5-5 МэВ.

Целью изобретения является повышение чувствительности углового разрешения.

На чертеже представлена структурная схема комптоновского телескопа

Сл

СО

оэ со со ел

|н- ис I ралнн гамма-кнантоп средни ч )чсрiни .

1 C l TKOll СОГ1ОНТ ИЗ НРСКОЛЬКИХ СОогннх нотиционно-чувстнитрльных де- 1 ь i прпм 1, расположенных соосно и янлнюр(ихгч HOTнционно-чувствительными i орами с координатным раз- Р -ЫРНИРМ JX. Толщина h детркторов 1 гакона, что пероятность двукратного рассеяния пмм. -квантоп пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью од- иокртного рассеяния. Это условие вы- полнчстгя при h Ј U,1fU, где (U- линей-

10

система телескопа может быть полное- тью выполнена ия стандартных блоков КАМАК.

Телескоп работает следующим образом.

Первичный гамма-квант рассеивается в одном из детекторов 1, который в данном случае играет роль конвертора. Рассеянный гамма-квант продолжает свое движение, взаимодействет с другим детектором 1 и т.д., пока не поглотится полностью. При этом все детекторы 1, с которыми вэаимодейстН1,1й ко фс ициент поглощения гамма- кван-j вует рассеянный гамма-квант, выпол-

20

тон пецрстве детектора. Детекторы 1 расположены на одинаковом расстоянии li друг от друга, ранном или большем ДХ ), где filf - угловое разре- шени телескопа, обусловленное энергетическим разрешением телескопа, обусловленное энергетическим разрешенном детектора. Число детекторов телескопа К равно или больие . Каждый детектор 1 соединен с соответст- 25 вующим входом блока 2 кодирования координат взаимодействия гамма-кванта с детектором, с блоком 3 кодирования энергии, выделившейся в каждом детекторе, блоком 4 кодирования номеров - сработавших детекторов, блоком 5 коди- PON тля последовательности срабатывания детекторов. Блоки 2,3,4 и 5 соединены с блоком 6 обработки информации .

Слок 2 состоит из идентичных моду лей, число которых равно К. Вход каждого модуля соединен с соответствующим ему детектором. Каждый модуль кодирует координату места взаимодействия гамма-кванта с детектором. Блок 3 ирецставляет собой многовходовый амплитудно-цифровой преобразователь, число входов которого равно К, и осуществляет кодирование энергии, выделившейся в каждом детекторе. Блок 4 состоит из К чувствительных формирователей, входы которых соединены с соответствующими детекторами, а выходы соединены с входным регистром блока 6. Нлок 3 состоит из К времяциф- ровых преобразователей, кодирующих интервалы времени между моментами срабатывания отдельных детекторов телескопа. LijioK 6 содержит контроллер,

няют роль калориметра. Сигналы с детектора 1 поступают на блок 2, который вырабатывает коды координат мест взаимодействия гамма-кванта с детекторами 1, на блок 3, который вырабатывает коды энергий, потерянной гамма-квантом в каждом детекторе 1, на блок 4, который вырабатывает код номеров детекторов 1, зарегистрировавших гамма-квант, на блок 5, который определяет последовательность срабатывания детекторов 1. Информация с блоков 2,3,4 и 5 поступает на блок 6, который управляет процессом передачи данных от блоков 2,3,4 и 5 в блок 6 и производит обработку этих данных: вычисляет расстояние между детекторами 1 , в которых произошли первое и второе взаимодействия, энергию, потерянную гамма-квантом в первом взаи- - 35 модействии, энергию рассеянного кванта, энергию регистрируемого кванта, направление движения первичного рассеянного кванта и, в конечном итоге, с учетом законов сохранения энергии и импульса направление прихода первичного гамма-кванта. Поскольку коэффициент линейного поглощения гамма- квантов в веществе детекторов 1 составляет величину 1 , среднее расстоя- 1 ние между детекторами 1 первого и

40

второго взаимодействия равно

HЈ и достаточно, чтобы угловое разрешение, обусловленное геометрическими факторами, было не хуже углового разрешения 4, обусловленного энергетическими характеристиками детекторов 1.

Изобретение позволяет существенно повысить чувствительность телескопа

управляющий процессом передачи данных 55 да сцет того что каждыи отдельный ДРОТ блоков кодирования к блоку обработ- тектор 1 в предлагаемой конструкции ли, и процессор отбора и обработки

данных гамма-телескопа. Электронная

выполняет либо роль конвертора, либо калориметра и общая толщина детекто-

система телескопа может быть полное- тью выполнена ия стандартных блоков КАМАК.

Телескоп работает следующим образом.

Первичный гамма-квант рассеивается в одном из детекторов 1, который в данном случае играет роль конвертора. Рассеянный гамма-квант продолжает свое движение, взаимодействет с другим детектором 1 и т.д., пока не поглотится полностью. При этом все детекторы 1, с которыми вэаимодейст0

5 -няют роль калориметра. Сигналы с детектора 1 поступают на блок 2, который вырабатывает коды координат мест взаимодействия гамма-кванта с детекторами 1, на блок 3, который вырабатывает коды энергий, потерянной гамма-квантом в каждом детекторе 1, на блок 4, который вырабатывает код номеров детекторов 1, зарегистрировавших гамма-квант, на блок 5, который определяет последовательность срабатывания детекторов 1. Информация с блоков 2,3,4 и 5 поступает на блок 6, который управляет процессом передачи данных от блоков 2,3,4 и 5 в блок 6 и производит обработку этих данных: вычисляет расстояние между детекторами 1 , в которых произошли первое и второе взаимодействия, энергию, потерянную гамма-квантом в первом взаи- 35 модействии, энергию рассеянного кванта, энергию регистрируемого кванта, направление движения первичного рассеянного кванта и, в конечном итоге, с учетом законов сохранения энергии и импульса направление прихода первичного гамма-кванта. Поскольку коэффициент линейного поглощения гамма- квантов в веществе детекторов 1 составляет величину 1 , среднее расстоя- 1 ние между детекторами 1 первого и

40

второго взаимодействия равно

HЈ и достаточно, чтобы угловое разрешение, обусловленное геометрическими факторами, было не хуже углового разрешения 4, обусловленного энергетическими характеристиками детекторов 1.

Изобретение позволяет существенно повысить чувствительность телескопа

да сцет того что каждыи отдельный ДРтектор 1 в предлагаемой конструкции

да сцет того что каждыи отдельный ДРтектор 1 в предлагаемой конструкции

выполняет либо роль конвертора, либо калориметра и общая толщина детекто-

5ГН

ров телескопа, опредрлнш мч чффекшв- ногть телескопа, оказывается значн- тельно больше коэффициента линейного поглощения регистрируемых гамма-квантов. При этом для числа детекторов К,

равного 4/Vh, эффективность нгпользо- вания комптоновского эффекта однократного рассеяния составляет 98, тогда как в известном устройстве эта величина не превышает 30%. Повышение чувствительности телескопа при фнкси- рованном времени наблюдения источника гамма-квантов приводит к увеличению статической достоверности иолученной информации и, соответственно, улучшению углового разрешения телескопа.

(Формула изобретения

Комптоновский телрскоп для регистрации гамма-квантов, содержащий пози- ционно-чувствительные детекторы, соединенные с блоками кодирования, коор- динат точек взаимодействия гамма- квантов, энергии и номера детектора,

1

g

0

5

)Sв

которые i г бмокоч обработки, о i .ч и ч ,i н m и П с п тем, что, с HI JII-V 11(1В1.п,1ення чупсч BHTPJII.HOCTH и уг.мовгм о разрешения, п него введен блок коди1юв,|ння последовательности срабатывания детекторов, соединенный с блоком обработки, количество детекторов К выбрано иг условия К, Л/w/h,

где Av- линеный коэффициент поглощения гамма-квантов в веществе детектора; h

0,1(U - толцина детектора, причем расстояние между детекторами

где 4Х - координатное разрешение детектора ;

дСР угловое разрешение телескопа, обусловленное энергетн ческим разрешение детектора, причем детекторы соединены с блоком кодирования иогпедовательпости сраба-/ тывания детекторов.