ДЕТЕКТОР ПОЛНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01T1/22 G01T1/02 

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для детектирования ионизирующих излучений, и предназначено для спектрометрии гамма-квантов и электронов высоких энергий.

Известен детектор полного поглощения гамма-квантов и электронов, выполненный на основе черенковского счетчика. Преимуществами такого типа детекторов являются высокое быстродействие и надежное отделение гамма-квантов от нейтронов при энергиях Е ≅ 200 МэВ, где при попадании нейтронов в детектор черенковское излучение не возникает. Недостатком любого черенковского детектора является плохое энергетическое разрешение в указанной области энергий (80-30% ).

Известен сцинтилляционный детектор гамма-квантов и электронов, содержащий кристалл из иодистого цезия, активированного таллием, и фотоумножитель, сигнал с выхода которого поступает на анализирующую аппаратуру. Этот детектор обеспечивает хорошее энергетическое разрешение ( ≈10% ) и обладает способностью разделения гамма-квантов и нейтронов по форме световой вспышки. Электроны и гамма-кванты детектируются одинаково.

Недостатком известного детектора является низкое быстродействие.

Наиболее близким к изобретению по технической сути является блок детектирования, содержащий кристалл, например, из иодистого цезия, соединенный с первым фотоумножителем, второй фотоумножитель и элемент совпадений, выход которого является управляющим выходом детектора, выход первого фотоумножителя соединен с первым входом элемента совпадений.

Недостатком данного устройства является невысокое быстродействие. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два фотоумножителя, кристалл и элемент совпадений, введены блок задержки и светофильтр, не пропускающий ультрафиолетовую часть излучения, а кристалл выполнен без активатора, светофильтр размещен между кристаллом и вторым фотоумножителем, подключенным выходом ко входу блока задержки, выход которого соединен со вторым входом элемента совпадений.

На фиг. 1 представлена функциональная схема детектора полного поглощения; на фиг. 2 - график кривых излучения и спектральной чувствительности фотокатода.

Детектор полного поглощения содержит кристалл 1, два фотоумножителя 2 и 3, светофильтр 4, блок 5 задержки и элемент 6 совпадений.

Кристалл 1 соединен с первым фотоумножителем 2 и через светофильтр 4 со вторым фотоумножителем 3, выход которого соединен со входом блока 5 задержки. Первый фотоумножитель 2, выход которого является информационным выходом детектора, подключен к первому входу элемента 6 совпадений, выход которого является управляющим выходом детектора. Выход блока 5 задержки соединен со вторым входом элемента 6 совпадений.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: спектр7 черенковского излучения, спектральная чувствительность 8 фотокатода типа С-8 и значения произведения 9 кривых 7 и 8, характеризующего относительный выход фотоэлектронов в зависимости от длины волны черенковского излучения. Площадь под кривой 9 равна суммарному количеству фотоэлектронов, а ее заштрихованная часть, составляющая около 20% этой площади, лежит в области длин волн, где нет сцинтилляций. Детектор полного поглощения работает следующим образом. Гамма-кванты, конвентируясь в электроны, дают в кристалле 1 как сцинтилляционную, так и черенковскую вспышку, начиная с энергии Е = 0,1 МэВ и выше. Нейтроны же, образующие протоны и другие более тяжелые заряженные частицы, в момент попадания в кристалл 1 могут дать черенковскую вспышку только при Е > 200 МэВ. Сцинтилляционная вспышка от любых ядерных излучений лежит, в основном, в области длин волн λ = 300-400 нм, отличаясь при этом быстрым временем высвечивания (7 нс), и небольшая доля ее, определяемая несовершенством структуры кристалла 1, испускается в области λ = 400-500 нм с большим временем высвечивания. Светофильтр 4, помещенный между кристаллом 1 и вторым фотоумножителем 3, не пропускает свет при λ < 500 нм, т. е. свет от сцинтилляций, и является прозрачным для той доли черенковского света, которая лежит выше этой длины волны. В результате второй фотоумножитель 3 регистрирует только черенковский свет, а первый фотоумножитель 2 - суммарную световую вспышку. Сигналы с выходов обоих фотоумножителей 2 и 3 подаются на элемент 6 совпадений, при этом с помощью элемента 5 задержки компенсируется разница во времени появления сигналов на выходах первого 2 и второго 3 фотоумножителей. Элемент 6 совпадений вырабатывает сигнал для управления амплитудным анализом сигналов с выхода первого умножителя 2. Нейтроны черенковского света не дают, т. е. при этом сигналы на выходе элемента 6 совпадений отсутствуют. Управление амплитудным анализом может осуществляться следующим образом. На амплитудно-цифровой преобразователь сигнал с выхода первого фотоумножителя 2 проходит через блок пропускания, причем только при поступлении на его управляющий вход сигнала с выхода элемента 6 совпадений.

Поскольку нейтроны черенковского света не дают, то из счета исключаются. Черенковское излучение может возникнуть также в результате испускания гамма-квантов с суммарной энергией 8 МэВ, возникающих после замедления и захвата нейтронов ядрами кристалла. Однако этим процессом можно пренебречь, так как он сильно задержан во времени (порядка 100 мкс).

Детектор строится на основе неактивированного кристалла, имеющего время высвечивания около 7 нс, в то время как в существующих детекторах используются активированные кристаллы со временем высвечивания 900 нс.

В результате быстродействия детектора увеличивается примерно в 100 раз. Отказ от активатора не должен приводить к существенному ухудшению в разрешении, так как в области Е = 20-200 МэВ разрешение зависит не столько от световыхода, сколько от флуктуаций утечек энергии за пределы кристалла. Использование изобретения позволяет повысить быстродействие детектора (примерно в 100 раз), при этом повышается точность измерений. (56) Александров Ю. А. и др. Сб. "Методика физического эксперимента". Труды ФИАН СССР, 1968, т. 40, с. 3.

Авторское свидетельство СССР N 1540506, кл. G 01 T 1/02, 1988.

Авторское свидетельство СССР N 1374160, кл. G 01 T 1/22, 1988.

Изобретение относится к технической физики, а именно к устройствам для детектирования ионизирующих излучений, и предназначено для спектрометрии гамма-квантов и электронов высоких энергий. Цель изобретения - повышение быстродействия детектора. В детектор полного поглощения, содержащий элемент совпадения, кристалл из иодистого цезия, соединенный с первым фотоумножителем, импульсный сигнал которого используется для амплитудного анализа, дополнительно введены второй фотоумножитель, светофильтр, блок задержки, причем светофильтр расположен между кристаллом и вторым фотоумножителем, выход которого через блок задержки соединен со вторым входом элемента совпадений. Кристалл выполнен без активатора, а светофильтр выполнен не пропускающим ультрафиолетовую часть светового излучения. 2 ил.

ДЕТЕКТОР ПОЛНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ, содержащий кристалл, например, из иодистого цезия, соединенный с первым фотоумножителем, второй фотоумножитель и элемент совпадений, выход которого является управляющим выходом детектора, выход первого фотоумножителя соединен с первым входом элемента совпадений, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он снабжен блоком задержки и светофильтром, не пропускающим ультрафиолетовую часть излучения, а кристалл выполнен без активатора, светофильтр размещен между кристаллом и вторым фотоумножителем, подключенным выходом ко входу блока задержки, выход которого соединен со вторым входом элемента совпадений.