Детектор излучения Советский патент 1993 года по МПК H01J31/50 

Ё

Использование: детектор излучения для элементарных частиц. Сущность изобретения: детектор излучения содержит входной экран с фотокатодом, электронно-оптическую систему и выходной экран, который служит входом в детектор фотоэлектронов. За счет, формы поверхности фотокатода и геометрии и распределения потенциалов электродов электронно-оптической системы трубка усиления рентгеновских изображений оптимизирована для уменьшения разброса времени пролета фотоэлектронов от поверхности фотокатода до детектора фотоэлектронов. Детектор фотоэлектронов, на котором в этом случае не нужно формировать изображение, имеет, например, сравнительно малую входную поверхность .и расположен в точке пересечения фотоэлектронов или вблизи нее. 5 э.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к детектору излучения, в частности для элементарных частиц, содержащему входной экран для преобразования подлежащего измерению излучения в фотоэлектроны, и электронно- оптическую систему для ускорения фотоэлектронов к выходному экрану.

Детектор излучения этого рода изве- стен-из патента США 4.213,055. В нем детектор излучения в виде усилительной трубки для рентгеновских изображений содержит входной экран, снабженный металлическим кронштейном и имеющий люминесцентный материал и фотокатод. В трубке этого рода несущий изображение поток фотоэлектронов отображается на выходном экране, покрытом слоем люминофора для преобразования фотоэлектронов в свет.

Электронно-оптическая система в трубке этого рода выполнена с возможностью формирования оптимального изображения несущегоизображениепотокафотоэлектронов на выходном экране.

Для обнаружения излучения, например, вызываемого мюонами, нейтрино и т.п., не важно, что изображение формируется посредством, фотоэлектронов. Однако очень важно, чтобы можно было обнаруживать отдельные кванты излучения. Требование, которое накладывается на детектор в этом отношении, заключается в том. чтобы время пролета фотоэлектронов должно быть в высшей степени1 одинаковым для всей поверхности входного экрана. Целью изобретения, среди прочего, является выполнение этого требования: чтобы достичь этого, детектор

00 00 Os

-vl ел о

со

злучения по изобретению отличается тем, то кривизна поверхности фотокатода /или геометрия электронно-оптической истемы оптимизированы так, чтобы дотичь практически одинаковой напряженноти поля по поверхности фотокатода.

Так как в детекторе по изобретению, снованном на трубке усиления изображения, качество изображения может быть снижено для достижения однородности напряженности поля за счет приспособленной геометрии экрана и электродов, раз- брос времени пролета фотоэлектронов, нормально измеряемый примерно 10 наносекундами, снижается до примерно 1 наносекунды.

По первому способу достижения этой цели, рассчитывают оптимальную конфигурацию электродов и распределение потенциалов для максимально однородной напряженности поля по всему фотокатоду в модели, основанной на реалистично приспособленной форме входного экрана, который в данном случае предпочтительно осаждается прямо на стеклянное входное окно. По еще одному способу, основанному на реальной электронно-оптической системе, например, для желательной основной формы и приемлемых потенциалов, рассчитывают кривизну входного экрана.для которой напряженность поля по экрану опягь-таки оптимально одинакова. Равномерность может быть далее повышена методом итерации между результатами по обоим способам.

Для уменьшения влияния начальной скорости фотоэлектронов и разброса углов их выхода, напряженность поля на фотокатоде должна быть сравнительно высокой. Это также может быть реализовано посредством выбора формы и потенциалов ронно-оптической системы.

В предпочтительном исполнении разброс скорости выхода фотоэлектронов уменьшен за счет оборудования входного экрана фильтром выбора длины волны. С одной стороны длины волн могут таким образом быть выбраны из спектра излучения, подлежащего детектированию (обнаружению), тогда как, с другой стороны, можно уменьшить разброс начальной энергии освобожденных фотоэлектронов.

Для уменьшения фонового излучения от радиоактивного затухания в материалах конструкции детектора, например, в стекле детекторной трубки, дальнейшее предпочтительное исполнение изготовлено максимально возможным образом из металла, входное окно и выходное окно состоят соответственно из низкоториевого и низкоуранового стекла.

Для уменьшения суммарного времени пролета между моментом выхода фотоэлектронов и обнаружением электронного импульса, полученного таким образом, исполнение входного экрана используется малоинерционный люминофор тира р47. Следует отметить, что патент США

На чертеже показан детектор излучения.

Детектор излучения по изобретению, имеет цилиндрическую стенку 2, причем.

стенка выполнена из металла и содержит коническую часть Hareg 4, входной фланец б и конец 8. На входной стороне находится входное окно 10, предпочтительно из стекла или другого материала, прозрачного для излучен ия, подлежащего обнаружению, или к излучению, возникающему под действием указанного излучения в преобразовательном слое, который предусмотрен на внешней стороне входного окна, и который не

показан. На внутренней стороне входного окна размещен преобразовательный слой 12 и фотокатод 14. Как уже было сказано, преобразовательный слой 1.2 может альтернативно размещаться и снаружи, с другой

стороны окна 10. На выходной стороне детектор закрыт детекторным элементом 16, например, фотоумножителем с фотокатодом 18, расположенным на окне 20, на передней стороне которого находится слой

люминофора 22. Детекторный элемент, однако, альтернативно может быть образован матрицей фотодетекторов, или одним фотодетектором, или матрицей детекторов электронов, или одним детектором электронов,

так как формирование изображения не является целью, входная плоскость детекторного элемента может располагаться в области перекрещивания 24 пучка фотоэлектронов 26. Чтобы избежать геометриче

ских разностей во времени пролета в случае

сравнительно большого входного сечения детекторного элемента, может быть выгодным выполнить это входное сечение практически сферическим, причем центр кривизны 5 должен совпадать с перекрещиванием 24. В случае прямого детектора электронов, может быть выгодным сначала замедлить.фотоэлектроны, например, посредством добавочного электрода, так что детектор электронов может быть чувствительным к

сравнительно медленным электронам. Замедление фотоэлектронов дает большее время пролета, но не обязательно приводит к большему разбросу времен пролета, если конфигурация электродов выбрана правильно, ив то же время можно поддерживать достаточно высокую напряженность поля на поверхности фотокатода.

Слой люминофора 22 предпочтительно состоит из люминофора с малым временем послесвечения, как люминесцентный материал, содержащий иттрий, раскрытый в патенте США 4.564.753, так что можно иметь высокую частоту счета для квантов излучения, подлежащих обнаружению.

Формула изобретения 1. Детектор излучения, содержащий входной экран, снабженный фотокатодом для преобразования излучения, подлежа- щего измерению, в фотоэлектроны, выходной экран и электронно-оптическую систему для ускорения фотоэлектронов к выходному экрану, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения точности обнару- жения за счет уменьшения разницы времени пролета фотоэлектронов по всей поверхности фотокатода до выходного экрана, кривизна поверхности фотокатора и геометрия электронно-оптической системы

0

5

0 5 0

оптимизированы для достижения практически однородной напряженности поля по поверхности фотокатода.

20,18 16