Позиционно-чувствительный детектор нейтронов Советский патент 1992 года по МПК G01T3/06 G01T1/20 

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для детектирования элементарных частиц, и может быть использовано при исследовании конденсированных сред методами малоуглового рассеяния нейтронов.

Известно устройство для детектирования нейтронов, содержащее пропорциональную камеру, наполненную аргоном при атмосферном давлении и имеющую гадоли- ниевый конвертор во входном окне. Элект- роны от реакции захвата нейтрона

конвертором регистрируются камерой и позволяют достичь разрешения 0,7 мм.

Недостатком такого устройства является невысокая эффективность детектировании ( 20%).

Известен позиционно-чувствительный детектор нейтронов на основе микроканальной пластины Детектор содержит в качестве чувствительного к нейтронам элемента пластину из сцинтилляционного стекла, содержащего Li. Пластина с помощью оптической смазки соединена с волоконно-оптической шайбой, передающей изображение сцинтилляционной вспышки на микроканальную пластину, в которой свет возбуждает электроны, усиливаемые в ней за счет процесса умножения. Усиленная лавина электронов собирается на плоском резистивном аноде. Деление токов на рези- стивном аноде дает информацию о координате на сцинтилляционной пластине, в которой произошел захват нейтрона. с

Для нейтронов с длиной волны 1,7 А и пои толщине сцинтилляционной пластины 0,5 мм получено наилучшее координатное разрешение ДХ 0,75 мм, при этом эффективность регистрации составила 60%. Требованию повышения эффективности регистрации в данном детекторе соответствует увеличение толщины сцинтилляционной пластины. Однако наилучшее пространственное разрешение достигается при умень- шении толщины сцинтилляционной пластины. Поэтому для такого детектора требование высокой эффективности и высокого разрешения по координате противоречит друг другу.

Недостатком данного детектора является снижение эффективности регистрации нейтронов при достижении предельного разрешения, а также низкое предельное координатное разрешение 0,75 мм.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является позиционно-чув- ствительный детектор, содержащий ч,чин- тилляторы в виде призм из лит1,- ого стекла, размещенные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды, подсоединенные вводами к сцинтиллято- рам и выводами к фотоумножителям, выходы которых подключены к входам усилителей- формирователей, подсоединенных выхода- ми к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами к первому и второму входам ЭВМ.

В детекторе с целью сокращения числа используемых фотоумножителей (ФЭУ) применено оптическое кодирование. Отдельный сцинтиллятор просматривается несколькими ФЭУ за счет разводки света волоконно-оптическим световодом. У детектора волоконно-оптические световоды, просматривающие сцинтиллятор, разводятся в несколько отдельных ветвей, каждая для своего ФЭУ, При этом разводка волоконно- оптических световодов обеспечивает равномерное разделение света от сцинтилляционной вспышки на все ветви. Число п используемых ФЭУ при разветвлении волоконно-оптического световода на j

ветвей от каждого из N сцинтилляторов при кодировании определяется по формуле

N j(n-j)

В детекторе 84 сцинтиллятора просматриваются девятью ФЭУ при разветвлении света с одного сцинтиллятора на три ветви. При декодировке номера сцинтиллятора, а значит, и определении координаты используется совпадение сигналов от трех соответствующих ФЭУ. Выработка информации о координате на основе совпадения сигналов ФЭУ позволяет подавить уровень шумовой загрузки ФЭУ на выходе детектора в 3000 раз.

Суммарные затраты времени на обработку сигналов ФЭУ в детекторе определяют его мертвое время равным 1 мкс. Это обеспечивает высокую загрузочную способность детектора.

Недостатком детектора является невысокое к« ординатное разрешение, определяемое поперечными размерами сцинтиллятора.

Цель изобретения - увеличение пространственного разрешения при сохранении требуемой эффективности регистрации нейтронов.

Поставленная цель достигается тем, что в детекторе, содержащем сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды, соединенные вводами с соответствующим сцинтиллятором и выводами с входами фотоумножителей, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя, подсоединенных выходами к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входом временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответстэенно к первому и второму входам электронно-вычислительной машины, сцинтилляторы размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения, а между сцинтилляторами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора, при этом толщина d прослойки поглотителя выбирается из условия

(1 -Ј),

где сг-макроскопическое сечени- поглощения нейтронов в материале погло(ителя;

Ј - эффективность поглощения нейтронов поглотителем.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема входной части позиционно-чувстви- тельного детектора нейтронов; на фиг. 2 - электронная часть детектора.

Входная часть позиционно-чувстви- тельного детектора содержит (фиг. 1) сцин- тилляторы 1 с прослойками 2 из поглотителя нейтронов, закрепленные в обойме с входным окном 3, и волоконно-оптические световоды 4, подсоединенные вводами к соответствующим сцинтилляторам 1.

Электронная часть позиционно-чувст- вительного детектора содержит (фиг. 2) фотоумножители(ФЭУ)5, усилители-формирователи 6, декодировщик 7, временной анализатор 8, регистратор 9 позиции и ЭВМ 10.

Выводы волоконно-оптических световодов 4 соединены с входами соответствующих ФЭУ 5, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя 6. Выходы усилителей-формирователей 6 подключены к соответствующим входам декодировщика 7, выход которого соединен с входами временного анализатора 8 и регистратора 9 позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам ЭВМ 10.

Позиционно-чувствительный детектор нейтронов работает следующим образом.

Нейтроны, попадая на выступы сцин- тиллятора 1 через входное окно 3, проникают в него и захватываются компонентой LI его материала. В реакции захвата нейтрона ядром 6Li выделяется заряженная частица, вызывающая сцинтилляции, которые дают общее количество света 5000 фотонов/нейтрон. Свет от сцинтилляционной вспышки передается с последующей оптической кодировкой волоконно-оптическим световодом 4 ФЭУ 5, лреобразуясь в электрический сигнал. Усилители-формирователи 6, стандартизируя сигнал и пропуская сигналы, превышающие порог регистрации, подают их на вход декодировщика 7, который дешифрирует номер позиции сцинтил- лятора 1. Далее сигнал кода позиции заносится в регистратор 9 позиции, а во временной анализатор 8 поступает сигнал временной отметки пришедшего сигнала. Конечная стадия фиксации информации сосредоточена в ЭВМ 10, в памяти которой

формируется блок многомерных спектров (время - код позиции).

Нейтроны, не зарегистрированные в сцинтилляторе 1 и прошедшие через него

без поглощения, попадают в прослойку 2 и поглощаются в ней, не проникая далее в следующий сцинтиллятор 1. Сцинтиллятор 1 и следующая за ним прослойка 2 жестко фиксированы между собой, образуя пару,

Эти пары, установленные параллельно входному окну 3, образуют чувствительные выступы, обеспечивающие разрешение АХ в диапазоне 0,1-10 мм.

Предлагаемый позиционно-чувствительный детектор обеспечивает повышение пространственного разрешения до 0,1 мм при сохранении эффективности регистрации, близкой к 100%.

Формула изобретения

Позиционно-чувствительный детектор нейтронов, содержащий сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном, волоконно-оптические световоды,

соединенные вводами с соответствующим сцинтиллятором и выходами - с входами фотоумножителей, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего усилителя-формирователя, подсоединенных выходами к соответствующим входам декодировщика, выход которого соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам

электронно-вычислительной машины, отличающийся тем, что, с целью увеличения пространственного разрешения при сохранении требуемой эффективности регистрации нейтронов, сцинтилляторы размещены

в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения, а между сцинтилляторами введена прослойка

из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллято- ра, при этом толщина d прослойки выбирается из условия

50

d -l|n(1 -e),

где а- макроскопическое сечение поглощения нейтронов в материале прослойки;

е - эффективность поглощения нейтро- 55 нов прослойкой.

IGIZfra

Использование: детектирование элементарных частиц, исследование конденси- рованных сред методом малоуглового рассеяния нейтронов. Сущность изобретения: детектор содержит сцинтилляторы в виде прямоугольных призм из литиевого стекла, закрепленные в обойме с входным окном; волоконно-оптические световоды, соединенные входами с соответствующим сцинтиллятором и выходами - с входами фотоумножителей. Выход каждого фотоумножителя подключен к входу соответствующегоусилителя-формирователя, подсоединенного выходами к соответствующим входам декодировщика. Выходдекоди- ровщика соединен с входами временного анализатора и регистратора позиции, подключенных выходами соответственно к первому и второму входам ЭВМ Сцинтиллягоры размещены в плоскостях, параллельных плоскости входного окна обоймы, с взаимно попарным смещением и перекрытием, образуя выступы по величине требуемого разрешения. Между сцинтилля- торами введена прослойка из поглотителя нейтронов, не выступающая за пределы соответствующего сцинтиллятора. Толщина d прослойки выбирается из условия d (1 -Ј)/ сг, где о- макроскопическое сечение поглощения нейтронов в материале прослойки; F- эффективность поглощения нейтронов прослойкой.2 ил.

Фиг. 2