Газоразрядный электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения Советский патент 1992 года по МПК H01J47/08 

ё

Использование: приборы рентгеноспек- трального и рентгеноструктурного анализа. Сущность изобретения: блок детектирования выполнен герметичным, газонаполненный и вакуумированный объемы в корпусе разделены изогнутым входным окном, окруженным вакуумированной частью корпуса, электроды зоны электролюминесценции .размещены в пространстве, охватываемом выходным окном и фотокатодом преобразователя, а анод фотоэлектронного преобразователя подключен к предусилителю с низким уровнем шумов, 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к конструкции газоразрядных детекторов ионизирующего излучения, использующих явление электролюминесценции газа под воздействием ионизирующего излучения с последующим преобразованием в фотоэлектроны. Такие блоки детектирования предназначены, в частности, для рентгеноспектральной и рент- геноструктурной аппаратуры, которая находит широкое применение в различимых отраслях народного хозяйства.

Целью изобретения является расширение условий применения газоразрядных электролюминесцентных блоков детектирования ионизирующего излучения с одновременным улучшением их энергетического разрешения.

На чертеже показан предлагаемый блок детектирования.

Корпус 1 предлагаемого блока детектирования состоит из двух частей, жестко и герметично соединенных одна с другой на фланце 2. Внутренний обьем корпуса разделен прозрачным для светового излучения- изогнутым выходным окном 3 на газонаполненную и вакуумированную части. В газонаполненной части корпуса выполнено прозрачное для ионизирующего излучения входноеокно4. Вакуумированная часть корпуса 1 изогнута и охватывает выходное окно 3. Корпус снабжен штенгелем 5 для вакуу- мирования и штенгелем 6 для откачки и наполнения рабочим газом соответствующих его частей.

В газонаполненной части корпуса в пространстве, охватываемом выходным окном 3, размещены сетчатые электроды 7 и 8 зоны электролюминесценции, которые подклюО

о

ел

00

Ј

чены к источнику высокого напряжения с помощью электрически изолированных от корпуса проводников 9 и 10. Фокусирующие электроды 11 также расположены в газонаполненной части корпуса в пространстве между входным окном 4 и зоной электролюминесценции и подключены к источнику напряжения с помощью проводника 12, электрически изолированного от корпуса. В вакуумированной части корпуса размещены фотокатод 13 и анод 14 фотоэлектронного преобразователя. Анод 14 подключен к предусилителю с низким уровнем шумов. Фотокатод 13 нанесен на внутреннюю поверхность вакуумированной части корпуса, а анод 14 выполнен в виде стержня, электрически изолированного от корпуса.

Блок детектирования работает следующим образом.

При прохождении через окно 4 ионизи- рующего, например, рентгеновского излучения, его кванты поглощаются в газонаполненном объеме корпуса 1 между окном 4 и сетчатым электродом 7, В результате поглощения в газовом объеме появля- ется облако первичных электронов, которые в электрическом поле 200-400 В/см устремляются к электроду 7, Одновременно на облако электронов действует боковая сила фокусирующих электродов 11, собирающая электроны облака к оси корпуса. Таким образом, довольно широкий пучок рентгеновского излучения (диаметром 20 мм) образует вблизи электрода 7 облако электронов, сконцентрированное вдоль оси кор- пуса. Это облако под действием значительно более сильного поля между электродами 7 и 8 ( 4 кВ/см) проникает в межэлектродное пространство, возбуждая в процессе движения между электродами 7 и 8 атомы газа и вызывая его свечение, причем размеры области свечения газа адекватны размерам облака электронов между электродами 7 и 8. Таким образом, в зоне электролюминесценции возникает светя- щаяся область, расположенная практически в центре изогнутого выходного окна 3, Форма поверхности окна 3 выбирается в зависимости от решаемых задач, технологической целесообразности и себе- стоимости.

Наиболее интенсивное свечение при ксеноновом газовом наполнении корпуса 1 происходит в ультрафиолетовой (УФ) области длин волн. Кванты УФ радиально прохо- дят через окно 3 и выбивают из фотокатода 13 фотоэлектроны, которые собираются на аноде 14. Собранный на аноде 14 заряд поступает на предусилитель с низким уровнем шумов, а после него на типичную электронную систему обработки сигнала, используемую, например, в газовых пропорциональных счетчиках.

В газовом объеме корпуса 1 с ксеноно- вым выполнением под воздействием квантов рентгеновского излучения линии МпКд заряд первичного электронного блока близок к 280 электронам. Каждый из этих электронов в зоне электролюминесценции породит 450 квантов УФ-излучения. Считая, что 70% из них пройдут через окно 3 и попадут на фотокатод 13, чувствительность которого к этим квантам близка к 10%, получим, что общее количество заряда, собранного на аноде 14, будет 8600 электронов. Такое количество заряда можно без труда зарегистрировать с помощью малошумящего предусилителя (среднеквадратичный уровень флуктуационного шума на входе 100 электронов).

Блок детектирования обеспечивает возможность реализации вариантов с различной геометрией сбора световых квантов: полусферической (угол сбора Q 2 зг или 0,5) или сферической (Q 4 л или 1). Блоки детектирования со сферической геометрией конструктивно и технологически сложнее и соответственно дороже. Кроме того, они предназначены в основном для работы со слабым ионизирующим излучением или используются в аппаратах, обладающих небольшой светосилой. Поэтому наиболее широкое применение найдут блоки детектирования с полусферической геометрией сбора световых квантов. В этом случае разрешение предлагаемого блока детектирования МпК« составит R 7%, при Рэо 5,2% на линии МпКа в Хе наполнении, Q 0,5, квантовой чувствительности фотокатода 0,1, уровне флуктуации шума предусилителя п 100 электронов и емкости фотопреобразователя 1 пФ. Чувствительность предлагаемого.блока детектирования может быть повышена путем подбора ала фотокатода, материала выходного окна и газового наполнения, Выбор варианта места нанесения слоя фотокатода 13 зависит как от подбора материалов выходного окна 3 и фотокатода 13. так и от колструкции анализатора, в котором блок детектирования используется.

Блок детектирования может работать как в проточном режиме ЭД, так и в отпаянном. Предлагаемые варианты выполнения блоков детектирования позволяют изготавливать отпаянные моноблоки, масса и габариты которых почти в два раза меньше, чем у прототипа. Кроме того, такой моноблок обладает гораздо более высокой вибрационной устойчивостью по сравнению с прототипом. В нем практически отсутствуют УХОДЫ амплитуды, присущие ФЭУ,а также он не требует длительного времени вхожде- ния в режим стабильной работы.

Свойства блока детектирования позволяют существенно расширить условия его применения. Его можно эффективно ис- пользовать не только в лабораторных уело- виях научно-исследовательских институтов, но и в портативных переносных приборах для экспресс-анализа. При этом по своему энергетическому разрешению предлагав- мый блок детектирования приближается к теплым ППЛ. например, на основе Hgia, а по светосиле существенно превосходит их.

Цель изобретения достигается и в том случае, если в газонаполненном объеме блока детектирования не будут размещены фокусирующие электроды, как это показано в приведенном выше примере. Отсутствие фокусирующих электродов упрощает конст- рукцию и удешевляет блок детектирования, Ппи этом уменьшается возможность регистрации с повышенным энергетическим разрешением слабых потоков ионизирующего излучения. Однако параметры такого блока детектирования высоки и он способен решать достаточно широкий круг задач в приборах различного уровня.

11

Формула изобретения 1 Газоразрядный электролюминесцентный блок детектирования ионизирующего излучения, содержащий газонаполненный объем с прозрачным для ионизирующего излучения входным окном, зоной электолюми- несценции, сформированной двумя электродами, прозрачным для светового излучения выходным окном, и вакуумирован- ный объем, заключающий фотоэлектронный преобразователь, жестко соединенные друг с другом, отличающийся тем, что, с целью расширения условий применения с улучшением энергетического разрешения, корпус блока детектирования выполнен герметичным, газонаполненный и вакуумиро- ванный объемы в корпусе разделены изогнутым выходным окном, окруженным ва- куумированной частью корпуса, электроды зоны электролюминесценции размещены в пространстве, охватываемом выходным окном и фотокатодом преобразователя, а анод фотоэлектронного преобразователя подключен к предусилителю с низким уровнем

шумов.

2Блок детектирования по п.1,от л и ч аю щ и и с я тем, что фотокатод нанесен на внутреннюю поверхность вэкуумировэннои

части корпуса.

3Блок детектирования по п. 1 .о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что фотокатод нанесен на вакуумированную поверхность выходного окна. .

/J