Многодетекторное устройство на основе метода меченых нейтронов

Авторы патента:

G01N23/222 - с использованием нейтронов

Полезная модель относится к области анализа материалов радиационными методами, измерения вторичной эмиссии при облучении быстрыми нейтронами и может быть использовано для обнаружения и идентификации органических веществ, в том числе взрывчатых веществ. Техническим результатом заявленного предложения является увеличение относительной эффективности регистрации гамма-квантов в пике полного поглощения в многодетекторном устройстве на основе метода меченых нейтронов. Технический результат достигается тем, что многодетекторное устройство на основе метода меченых нейтронов, содержащее дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным альфа-детектором, общее количество выходов которого может составлять от 1 до 32, гамма-детекторы, общее количество гамма-детекторов может составлять от 2 до 128, на основе неорганического сцинтиллятора, выходы альфа-детектора подключены к системе сбора данных, в которой каждый выход альфа-детектора соединен с формирователем со следящим порогом (ФСП) альфа-канала, общее количество ФСП альфа-канала равно количеству выходов с альфа-детектора, ФСП альфа-канала соединены со смесителем «ИЛИ» и адресным регистром альфа-канала, смеситель ИЛИ соединен с формирователем синхроимпульса альфа-канала, адресный регистр альфа-канала соединен с шиной данных, формирователь синхроимпульса альфа-канала соединен с шиной синхронизации альфа-канала, каждый гамма-детектор подключен к системе сбора данных, где соединен параллельно с ФСП гамма-канала и через управляемый зарядочувствительный усилитель соединен с амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) измерения заряда гамма-детектора, ФСП гамма-канала соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход схемы совпадений соединен с шиной синхронизации альфа-канала, выход схемы совпадения соединен с формирователем синхроимпульса гамма-канала, который соединен со стартовым входом время-амплитудного преобразователя (ВАП) и адресным регистром гамма-канала, столовый вход ВАП соединен через линию задержки с шиной синхронизации альфа-канала, выход ВАП соединен с АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, формирователь синхроимпульса гамма-канала соединен с шиной синхронизации гамма-канала, формирователь синхроимпульса гамма-канала соединен с первым входом схемы «ИЛИ», второй вход которой соединен с шиной синхронизации гамма-канала, выход схемы «ИЛИ» соединен с управляемым зарядочувствительным усилителем, АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений и адресный регистр гамма-канала соединены с шиной данных, контроллер соединен с шиной данных и шиной управления, в контроллере содержится блок адресов гамма-каналов для каждого гамма-детектора, соответствующих окружающим его гамма-детекторам, шина управления соединена с управляющими входами АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, адресным регистром гамма-канала, адресным регистром альфа-канала, управляемым зарядочувствительным усилителем, контроллер соединен с ЭВМ.

Одна из главных проблем использования нейтронно-активационного анализа органических веществ состоит в высоком уровне фоновой загрузки гамма-детекторов при регистрации информационного излучения. Источником фона являются гамма-кванты, испускаемые при взаимодействии нейтронов с гамма-детектором, элементами установки и окружающими предметами, распаде образующихся изотопов и т.д.

В последнее время быстро развивается метод меченых нейтронов, позволяющий за счет пространственной и временной селекции событий существенно снизить уровень регистрируемого фонового излучения.

Метод меченых нейтронов заключается в следующем. При бомбардировки ионами дейтерия тритиевой мишени в реакции взаимодействия дейтерия с тритием T(d,n)He4 образуются быстрые нейтроны и альфа-частицы (He4), причем начальные энергии и векторы направления движения нейтрона и альфа-частицы однозначно связаны [1].

Позиционно-чувствительный (многопиксельный) альфа-детектор фиксируем координаты сработавшего пикселя и время регистрации альфа-частиц, что позволяет, вводя поправку на скорость альфа-частицы (~1,3 см/нс), определять время вылета и направление движения (вектор) альфа-частицы. По этим данным можно оценить время вылета, направление движения, и энергию (скорость) нейтрона в направлении исследуемого объекта, т.е. «пометить» нейтрон сопутствующей зарегистрированной альфа-частицей.

Энергия меченых нейтронов составляет около 14 МэВ, что существенно выше порога реакции неупругого рассеяния нейтрона с испусканием гамма- кванта (n,n',) на ядрах углерода, азота и кислорода, входящих в состав органических веществ. Реакция (n,n',) имеет достаточно большое сечение (несколько сотен мбарн) и является одной из наиболее вероятных реакций взаимодействия быстрого нейтрона с веществом. Расстояние L от тритиевой мишени до места испускания гамма- кванта в результате неупругого рассеяния меченого нейтрона в исследуемом объекте можно определить путем измерения интервала между временами регистрации гамма-кванта и сопутствующей меченому нейтрону альфа-частицы. Зная расстояние L и вектор движения меченого нейтрона, можно определить пространственные координаты места, где произошло испускание гамма-кванта при неупругом рассеянии меченого нейтрона в исследуемом объекте.

Энергия гамма-кванта W несет информацию о ядре-рассеивателе. При неупругом рассеянии быстрых нейтронов возникает гамма-излучение, спектр которого является сигнатурным, т.е. уникальным для различных химических элементов. В таблице приведены энергии линий гамма-излучения, испускаемые при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах азота, кислорода и углерода и используемые для идентификации этих элементов.

Устройства на основе метода меченых нейтронов позволяет увеличить отношение эффект/фон на 2-4 порядка по сравнению с аналогичными устройствами без использования метода меченых нейтронов за счет того, что преимущественно регистрируются сигналы, производимые мечеными нейтронами (сопровождающиеся одновременным срабатыванием гамма-детектора и альфа-детектора в заданном временном окне), а сигналы с гамма-детекторов, возникающие при попадании на него фоновых нейтронов и гамма-квантов, дискриминируются.

Качество нейтронно-активационного анализа зависит от количества гамма-детекторов С ростом количества гамма-детекторов увеличивается чувствительность и уменьшается дисперсия результатов анализа [2]. Поэтому устройства на основе метода меченых нейтронов являются, как правило, многодетекторными.

Наиболее близким к предложенному устройству является много детекторное устройство на основе метода меченых нейтронов [3] (прототип) для определения состава органических веществ. Много детекторное устройство на основе метода меченых нейтронов, содержит дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным альфа-детектором, общее количество выходов которого может составлять от 1 до 32, гамма-детекторы, общее количество гамма-детекторов может составлять от 2 до 128, на основе неорганического сцинтиллятора, выходы альфа-детектора подключены к системе сбора данных, в которой каждый выход альфа-детектора соединен с формирователем со следящим порогом (ФСП) альфа-канала, общее количество ФСП альфа-канала равно количеству выходов с альфа-детектора; ФСП альфа-канала соединены со смесителем «ИЛИ» и адресным регистром альфа-канала; смеситель ИЛИ соединен с формирователем синхроимпульса альфа-канала; адресный регистр альфа-канала соединен с шиной данных; формирователь синхроимпульса альфа-канала соединен с шиной синхронизации альфа-канала; каждый гамма-детектор подключен к системе сбора данных, где соединен параллельно с ФСП гамма-канала и через управляемый зарядочувствительный усилитель соединен с амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) измерения заряда гамма-детектора; ФСП гамма-канала соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход схемы совпадений соединен с шиной синхронизации альфа-канала; выход схемы совпадения соединен с формирователем синхроимпульса гамма-канала, который соединен со стартовым входом время-амплитудного преобразователя (ВАП) и адресным регистром гамма-канала; стоповый вход ВАП соединен через линию задержки с шиной синхронизации альфа- канала; выход ВАП соединен с АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений.

Устройство работает следующим образом. Сигналы с пикселей альфа-детектора поступают в альфа-каналы системы сбора данных, где идут на ФСП альфа-каналов, вырабатывающие цифровые сигналы, дающие временную отметку момента регистрации альфа-частицы. Эти сигналы передаются в смеситель «ИЛИ» и в адресный регистр альфа-детектора. С помощью адресного регистра альфа-детектора фиксируется номер сработавшего пикселя альфа-детектора. Выход смесителя «ИЛИ» подключен к формирователю сигнала с альфа-канала, синхроимпульс с которого подается на шину синхронизации альфа-канала.

Сигналы с гамма-детектора поступают в гамма-каналы системы сбора данных, где идут параллельно на ФСП гамма-каналов для получения временной отметки о моменте регистрации гамма-кванта и через зарядочувствительный усилитель, управляемый электронным ключом, на амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) для измерения заряда сигнала с гамма-детектора. При наличии сигналов с альфа-детектора и гамма-детектора в заданном временном окне происходит регистрация события: АЦП производи! измерение напряжение на выходе зарядочувствительного усилителя, пропорциональное заряду с гамма-детектора, время-амплитудный преобразователь (ВАП) с АЦП измеряет время между приходом сигнала с гамма-детектора и сигналом синхронизации альфа-детектора, адресный регистр гамма-детектора фиксирует номер сработавшего гамма-детектора, адресный регистр альфа-детектора фиксирует номер сработавшего альфа-детектора. Контроллер формирует и записывает в ЭВМ набор данных, включающих четыре связанных параметра: величину амплитуды сигнала с гамма-детектора, время появления сигнала с гамма-детектора относительно сигнала от альфа-детектора в заданном временном окне, номер сработавшего гамма-детектора, номер пикселя альфа-детектора, что позволяет определить энергию гамма-кванта и координаты места его испускания при облучении исследуемого объекта мечеными нейтронами.

Недостатком такого устройства является низкое значение относительной эффективности регистрации гамма-квантов в пике полного поглощения (вероятность полного поглощения гамма-кванта, попавшего на поверхность сцинтиллятора, усредненной по направлению и месту падения гамма-кванта) гамма-квантов с энергиями, указанными в таблице, гамма-детекторам и на основе неорганического сцинтиллятора. Например, при использовании доступного Nal(Tl) сцинтиллятора размером 76×76 мм относительная эффективность регистрации в пике полного поглощения гамма-квантов с энергией 4,4 МэВ составляет =17% [4]. С уменьшением ухудшается чувствительность нейтронно-активационного анализа [5].

Для BGO сцинтилляторов того же размера 50% [4], однако стоимость BGO сцинтилляторов существенно выше Nal(Tl). Высокая стоимость BGO гамма-детекторов приводит к очень высокой стоимости устройства в целом при большом количестве гамма-детекторов. Относительную эффективность регистрации в пике полного поглощения можно повысить при увеличении размеров сцинтиллятора [6], однако при этом ухудшается энергетическое и временное разрешение, главным образом из-за неодинаковых условий светособирания из различных областей сцинтиллятора.

При использовании многодетекторной системы энергия гамма-кванта может полностью поглотиться не в одном, а в нескольких расположенных рядом сцинтилляторах гамма-детекторов. В этом случае энергия гамма-кванта может быть измерена путем суммирования сигналов с этих гамма-детекторов. Недостатком этого подхода является сложность настройки всех гамма-детекторов таким образом, чтобы калибровочные зависимости (зависимость поглощенной энергии гамма-кванта от заряда Q с гамма-детектора) были одинаковыми для корректного суммирования сигналов с гамма-детектора. Для сцинтилляторов Nal(Tl) или BGO калибровка усложняется сильной зависимостью световыхода сцинтиллятора от температуры. Поэтому для суммирования сигналов с нескольких гамма-детекторов целесообразно измерять заряд с каждого гамма-детектора и проводить сложение зарядов с учетом индивидуальной энергетической калибровки гамма-детекторов.

Техническим результатом заявленного предложения является увеличение относительной эффективности регистрации гамма-квантов в пике полного поглощения.

Технический результат достигается тем, что много детекторное устройство на основе метода меченых нейтронов, содержащее дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным альфа-детектором, общее количество выходов которого может составлять от 1 до 32, гамма-детекторы, общее количество гамма-детекторов может составлять от 2 до 128, на основе неорганического сцинтиллятора, выходы альфа-детектора подключены к системе сбора данных, в которой каждый выход альфа-детектора соединен с формирователем со следящим порогом (ФСП) альфа-канала, общее количество ФСП альфа-канала равно количеству выходов с альфа-детектора, ФСП альфа-канала соединены со смесителем «ИЛИ» и адресным регистром альфа-канала, смеситель ИЛИ соединен с формирователем синхроимпульса альфа-канала, адресный регистр альфа-канала соединен с шиной данных, формирователь синхроимпульса альфа-канала соединен с шиной синхронизации альфа-канала, каждый гамма-детектор подключен к системе сбора данных, где соединен параллельно с ФСП гамма-канала и через управляемый зарядочувствительный усилитель соединен с амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) измерения заряда гамма-детектора, ФСП гамма-канала соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход схемы совпадений соединен с шиной синхронизации альфа-канала, выход схемы совпадения соединен с формирователем синхроимпульса гамма-канала, который соединен со стартовым входом время-амплитудного преобразователя (ВАП) и адресным регистром гамма-канала, столовый вход ВАП соединен через линию задержки с шиной синхронизации альфа-канала, выход ВАП соединен с АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, формирователь синхроимпульса гамма-канала соединен с шиной синхронизации гамма-канала, формирователь синхроимпульса гамма- канала соединен с первым входом схемы «ИЛИ», второй вход которой соединен с шиной синхронизации гамма-канала, выход схемы «ИЛИ» соединен с управляемым зарядочувствительным усилителем, АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений и адресный регистр гамма-канала соединены с шиной данных; контроллер соединен с шиной данных и шиной управления, в контроллере содержится блок адресов гамма-каналов для каждого гамма-детектора, соответствующих окружающим его гамма-детекторам, шина управления соединена с управляющими входами АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, адресным регистром гамма-канала, адресным регистром альфа-канала, управляемым зарядочувствительным усилителем, контроллер соединен с ЭВМ.

Сущность полезной модели поясняется на чертеже.

Позициями на иллюстрации обозначены:

1 - дейтерий-тритиевый нейтронный генератор,

2 - альфа-детектор,

3 - система сбора данных,

4 - формирователь со следящим порогом (ФСП) альфа-канала,

5 - смеситель «ИЛИ»,

6 - адресный регистр альфа-канала,

7 - формирователь синхроимпульса альфа-канала,

8 - шина данных,

9 - шина синхронизации альфа-канала,

10 - гамма-детектор,

11 - ФСП гамма-канала,

12 - управляемый зарядочувствительный усилитель,

13 - амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) измерения заряда гамма-детектора,

14 - схема совпадений,

15 - формирователем синхроимпульса гамма-канала

16 - адресный регистр гамма-канала,

17 - время-амплитудный преобразователь (ВАП),

18 - линия задержки,

19 - АЦП измерения времени альфа-гамма совпадений,

20 - схема «ИЛИ»,

21 - шина синхронизации гамма-канала,

22 - контроллер,

23 - блок адресов гамма-каналов,

24 - шина управления,

25 - ЭВМ.

Устройство на основе метода меченых нейтронов содержит дейтерий-тритиевый нейтронный генератор 1 со встроенным альфа-детектором 2, гамма-детекторы 10 и систему 3 сбора данных, которая включает ФСП 4 альфа-канала, смеситель «ИЛИ» 5, адресный регистр 6 альфа-канала, формирователь 7 синхроимпульса альфа-канала, шину 8 данных, шину 9 синхронизации альфа-канала, ФСП 11 гамма-канала, управляемый зарядочувствительный усилитель 12, АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора, схему совпадений 14, формирователь 15 синхроимпульса гамма-канала, адресный регистр 16 гамма-канала, ВАП 17, линию задержки 18, АЦП 19 измерения времени альфа-гамма совпадений, схему «ИЛИ» 20, шину 21 синхронизации гамма-канала, контроллер 22, блок 23 адресов гамма-каналов, шину 24 управления; ЭВМ 25.

Альфа-детектор 2 подключен к системе сбора данных 3, причем каждый пиксель альфа-детектора 2 соединен с ФСП 4 альфа-канала, ФСП 4 альфа-канала соединены со смесителем «ИЛИ» 5 и адресным регистром 6 альфа-канала, смеситель «ИЛИ» 5 соединен с формирователем 7 синхроимпульса альфа-канала, адресный регистр 6 альфа-канала соединен с шиной 8 данных, формирователь 7 синхроимпульса альфа-канала соединен с шиной 9 синхронизации альфа-канала, гамма-детекторы 10 подключены к системе 3 сбора данных, причем каждый гамма-детектор 10 соединен параллельно с ФСП 11 гамма-канала и через управляемый зарядочувствительный усилитель 12 соединен с АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора, ФСП 11 гамма-канала соединен с первым входом схемы совпадений 14, второй вход схемы совпадений 14 соединен с шиной 9 синхронизации альфа-канала, схема совпадений 14 соединена с формирователем 15 синхроимпульса гамма-канала, который соединен со стартовым входом ВАП 17 и адресным регистром 16 гамма-канала, стоповый вход ВАП 17 соединен через линию задержки 18 с шиной 9 синхронизации альфа-канала, выход ВАП 17 соединен с АЦП 19 измерения времени альфа-гамма-совпадений, формирователь 15 синхроимпульса гамма-канала соединен с шиной 21 синхронизации гамма-канала, формирователь 15 синхроимпульса гамма-канала соединен с первым входом схемы «ИЛИ» 20, второй вход которой соединен с шиной 21 синхронизации гамма-канала, выход схемы «ИЛИ» 20 соединен с управляемым зарядочувствительным усилителем 12, АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора, АЦП 19 измерения времени альфа-гамма-совпадений и адресный регистр 16 гамма-канала соединены с шиной 8 данных, контроллер 22 соединен с шиной 8 данных и шиной 24 управления, в контроллере 22 содержится блок 23 адресов гамма-каналов для каждого гамма-детектора 10, соответствующих окружающим его гамма-детекторам 10, шина 24 управления соединена с управляющими входами АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора, АЦП 19 измерения времени альфа-гамма-совпадений, адресным регистром 16 гамма-канала, адресным регистром 6 альфа-канала, управляемым зарядочувствительным усилителем 12, контроллер 22 соединен с ЭВМ 25.

Устройство работает следующим образом.

Ионный источник дейтерий-тритиевого нейтронного генератора 1 создает пучок дейтронов, падающий на тритиевую мишень. В реакции взаимодействия дейтерия с тритием T(d,n)He⁴ образуются быстрые нейтроны и альфа-частицы (He⁴), причем начальная энергия и направление движения нейтрона и сопутствующей альфа-частицы однозначно связаны и определяются законами сохранения энергии и импульса в данной ядерной реакции:

где p_d, p_n, p - импульс дейтрона, нейтрона и -частицы, соответственно; _n-d - угол между направлениями вылета альфа-частицы и дейтрона, 0._d - угол между направлениями вылета нейтрона и дейтрона, Q - энергия T(d,n)He⁴ реакции 17.6 МэВ.

В дейтерий-тритиевый нейтронный генератор 1 встроен позиционно-чувствительный (многопиксельный) альфа-детектор 2. Количество выходов альфа-детектора 2 зависит от количества пикселей и способа съема информации с пикселей. Например, в случае использования многосегментных альфа-детекторов 2 количество выходов равно количеству пикселей. Для матричных альфа-детекторов 2 пиксель образуется пересечением стрипов (строк и столбцов) [6], число пикселей L равно L=m·n, а число выходов K равно K=m+n, где n - количество строк, m - количество столбцов. Сигнал с выхода альфа-детектора 2 идет в систему сбора данных 3, где поступает на ФСП 4 альфа-канала. ФСП 4 альфа-канала срабатывает при превышении сигналом установленного порога и выдает цифровой сигнал, время испускания которого относительно момента регистрации альфа-частицы не зависит от амплитуды сигнала выше установленного порога. Это позволяет получить точную временную отметку момента регистрации альфа-частицы. Цифровой сигнал с ФСП 4 альфа-канала поступает на смеситель «ИЛИ» 5, на выходе которого возникает сигнал в случае срабатывания любого ФСП 4 альфа-каналов. Выход смесителя «ИЛИ» 5 подключен к формирователю 7 синхроимпульса альфа-канала сигнала с альфа-детектора 2, импульс с которого подается на шину 9 синхронизации альфа-канала. Также с ФСП 4 альфа-канала поступает сигнал на адресный регистр 6 альфа-канала для фиксации номера сработавшего пикселя альфа-детектора 2. В случае использования многосегментных альфа-детекторов 2 номер сработавшего пикселя определяется по номеру альфа-канала. Для матричных альфа-детекторов 2 номер пикселя определяется номерами выходов альфа-детектора 2, соответствующих строке и столбцу, с которых поступили сигналы.

Сигнал с гамма-детектора 10 идет в систему сбора данных 3, на входе которой параллельно подключены ФСП 11 гамма-канала и управляемый зарядочувствительный усилитель 12, выход которого соединен с амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) 13 измерения заряда гамма-детектора 10. ФСП 11 гамма-канала срабатывает при превышении сигналом установленного порога и выдает логический сигнал, время испускания которого относительно момента регистрации гамма-кванта не зависит от амплитуды сигнала выше установленного порога. Временное окно регистрации альфа-гамма совпадений задается схемой совпадений 14, на которую приходят сигналы с ФСП 11 гамма-канала и с шины 9 синхронизации альфа-канала. При наличии обоих сигналов вырабатывается логический сигнал, идущий на формирователь 15 синхроимпульса гамма-канала. Этот сигнал запускает ВАП 17, фиксирует номер сработавшего гамма-детектора 10 по номеру гамма-канала в адресном регистре 16, и идет на шину 21 синхронизации гамма- канала. Стоповым сигнал на ВАП 17 является синхроимпульс с шины 9 синхронизации альфа-канала, прошедший через линию задержки 18, поскольку регистрация альфа-частицы, сопутствующая меченому нейтрону, происходит раньше регистрации гамма-кванта, произведенного меченым нейтроном. ВАП 17 вырабатывает напряжение, пропорциональное времени альфа-гамма совпадений. Это напряжение измеряется АЦП 19 измерения времени альфа-гамма-совпадений. Синхроимпульс по шине 21 синхронизации гамма-канала поступает на схему «ИЛИ» 20 всех гамма-каналов. Также на схему «ИЛИ» 20 приходит сигнал с формирователя 15 синхроимпульса гамма-канала. Таким образом, схема «ИЛИ» 20 выдает логический сигнал на запуск управляемого зарядочувствительный усилителя 12 в каждом канале при срабатывании любого ФСП 11 гамма-канала.

После завершения сбора заряда управляемого зарядочувствительного усилителя 12 контроллер 22 через шину 24 управления инициирует измерения и считывание данных в гамма-канале со сработавшим ФСП 11 гамма-канала: запускает АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора для считывания кода D_A, соответствующего заряду сигнала с гамма-детектора 10, запускает АЦП 19 измерения времени альфа-гамма-совпадений и считывает код D_T, соответствующий времени альфа-гамма-совпадений, считывает коды A адресного регистра 6 альфа-канала и A адресного регистра 16 гамма-канала, эти коды передаются в котроллер 22 по шине данных 8.

Для того, что произвести измерение зарядов сигнала с гамма-детекторов 10, окружающих гамма-детектор 10, подключенный к каналу со сработавшим ФСП 11 гамма-канала, в контроллере 22 содержится блок 23 адресов гамма-каналов для каждого гамма-детектора 10, соответствующих окружающим его гамма-детекторам 10. В этих каналах через шину 24 управления производится запуск АЦП 13 измерения заряда гамма-детектора 10. После завершения измерений через шину 24 управления производится сброс ВАП 17 и управляемых зарядочувствительных усилителей 12 каждого гамма-канала.

Каждое событие записываются в виде набора данных, включающих следующие параметры: коды D_A, D_T, A, A, а также коды D_A АЦП 13 измерения заряда сигналов с гамма-детекторов 10, адреса которых содержатся в блоке 23 адресов гамма-каналов. Набор данных передается в ЭВМ 25, с помощью которой выполняется калибровка гамма-детекторов 10 перед началом или в ходе измерений, определяются индивидуальные калибровочные коэффициенты a_i, b_i для каждого гамма-детектора 10, производится суммирование зарядов с гамма-детекторов 10 и по формуле (2) определяется поглощенная энергия гамма-кванта.

В предлагаемом устройстве энергия гамма-кванта может быть определена, если гамма-квант полностью поглотился как в одном сцинтилляторе, так и в нескольких сцинтилляторах. В набор данных для каждого события записываются номера гамма-детектора i и заряд с гамма-детектора Q_i, в которых произошло выделение энергии гамма-кванта.

ЭВМ снабжено программными средствами калибровки гамма-детекторов и программными средствами суммирования зарядов с гамма-детекторов с учетом их индивидуальной калибровки, в основе которых лежат следующие предпосылки.

Для вычисления энергии гамма-квантов W путем измерения сигнала Q необходима предварительная калибровка детектора при облучении гамма-квантами с известной энергией, например, образующихся при распаде радиоактивных изотопов. При использовании неорганических сцинтилляторов сигнал Q линейно зависит от поглощенной энергии W [6], и калибровку производят по двум линиям спектра гамма-квантов W₁ и W₂, соответствующих сигналу Q₁ и Q₂, соответственно, а энергия гамма-кванта находится по из соотношения:

где калибровочные коэффициенты a и b определяют из уравнений:

У каждого гамма-детектора с номером i может быть собственная калибровочная зависимость

где a_i и b_i - калибровочные коэффициенты. Определение полной поглощенной энергии производится по формуле:

Это позволяет увеличить эффективность регистрации, поскольку в нескольких гамма-детекторах производится более полное поглощение энергии гамма-кванта по сравнению с одним гамма-детектором, и при этом сохраняется собственное энергетическое разрешение каждого гамма-детектора.

Для практической реализации полезной модели можно использовать дейтерий-тритиевый нейтронный генератор 1 ИНГ-27 со встроенным девятипиксельным альфа-детектором 2 производства ВНИИА им. Н.Л. Духова [7], гамма-детекторы 10 типа БДЭГ4-43-4а на основе кристаллов Nal(Tl) диаметром 63 мм производства ОАО «Кристалл» [8], электронные узлы системы сбора данных, подробно описанные в [9], либо специализированные модули ядерной электроники, производимые фирмой ORTEC [10].

Список литературы:

1. Быстрицкий В.М., Иванов А.И., Кадышевский В.Г. и др. Использование метода меченых нейтронов для поиска скрытых взрывчатых веществ // Сборник материалов международной научно- технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». - 2003 - М.: ВНИИА.- С. 44-56.

2. 8. Балыгин К.А., Каретников М.Д., Климов А.И., Козлов К.Н., Мелешко Е.А. Многодетекторные системы нейтронного анализа методом меченых нейтронов с использованием аппаратной селекции полезных событий // Ядерные информационно-измерительные технологии. - 2014. -4. - С. 45-56.

3. Балыгин К.А., Каретников М.Д., Климов А.И. и др. Исследования характеристик детектирующей аппаратуры для наносекундного метода меченых нейтронов // Приборы и техника эксперимента, 2, 2009, С. 122-132.

4. Efficiency Calculations for Selected Scintillators. http://www.crystals.saint-http://gobain.com/uploadedFiles/GS-Crystals/Documents/Technicals/SGC_Efficiency_Calculations_Brochure.pdf, c. 12.

5. Глобус M.E., Гринев Б.В. Неорганические сцинтилляторы. Новые и традиционные материалы. Харьков: Акта, 2008, сс. 227-234.

6. Кадилин В.В., Милосердии В.Ю., Самосадный В.Т. Прикладная ядерная физика. Учебное пособие / Под ред. В.Т. Самосадного. М.: МИФИ, 2007, с. 218.

7. Хасаев Т.О., Голубев А.А., Короткое С.А. Нейтронный генератор ИНГ-27 малогабаритный источник меченых нейтронов для аппаратуры элементного анализа // Сборник докладов международной научно- технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе». - 2012. - М.: ВНИИА. - С. 60-67.

8. Продукция ОАО «Кристалл». http://www.detectors.ru/#prod

9. Мелешко Е.А. Быстродействующая импульсная электроника. М.: Физматлит, 2007, 320 с.

10. Electronic Instruments. http://www.ortec-online.com/Products-Solutions/Modular-Electronics-lnstruments-Overview.asp

Многодетекторное устройство на основе метода меченых нейтронов, содержащее дейтерий-тритиевый нейтронный генератор со встроенным альфа-детектором, общее количество выходов которого может составлять от 1 до 32, гамма-детекторы, общее количество гамма-детекторов может составлять от 2 до 128, на основе неорганического сцинтиллятора, выходы альфа-детектора подключены к системе сбора данных, в которой каждый выход альфа-детектора соединен с формирователем со следящим порогом (ФСП) альфа-канала, общее количество ФСП альфа-канала равно количеству выходов с альфа-детектора, ФСП альфа-канала соединены со смесителем "ИЛИ" и адресным регистром альфа-канала, смеситель ИЛИ соединен с формирователем синхроимпульса альфа-канала; адресный регистр альфа-канала соединен с шиной данных, формирователь синхроимпульса альфа-канала соединен с шиной синхронизации альфа-канала, каждый гамма-детектор подключен к системе сбора данных, где соединен параллельно с ФСП гамма-канала и через управляемый зарядочувствительный усилитель соединен с амплитудно-цифровым преобразователем (АЦП) измерения заряда гамма-детектора, ФСП гамма-канала соединен с первым входом схемы совпадений, второй вход схемы совпадений соединен с шиной синхронизации альфа-канала, выход схемы совпадения соединен с формирователем синхроимпульса гамма-канала, который соединен со стартовым входом время-амплитудного преобразователя (ВАП) и адресным регистром гамма-канала, стоповый вход ВАП соединен через линию задержки с шиной синхронизации альфа-канала, выход ВАП соединен с АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, отличающееся тем, что формирователь синхроимпульса гамма-канала соединен с шиной синхронизации гамма-канала, формирователь синхроимпульса гамма-канала соединен с первым входом схемы "ИЛИ", второй вход которой соединен с шиной синхронизации гамма-канала, выход схемы "ИЛИ" соединен с управляемым зарядочувствительным усилителем, АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений и адресный регистр гамма-канала соединены с шиной данных, контроллер соединен с шиной данных и шиной управления, в контроллере содержится блок адресов гамма-каналов для каждого гамма-детектора, соответствующих окружающим его гамма-детекторам, шина управления соединена с управляющими входами АЦП измерения заряда гамма-детектора, АЦП измерения времени альфа-гамма-совпадений, адресным регистром гамма-канала, адресным регистром альфа-канала, управляемым зарядочувствительным усилителем, контроллер соединен с ЭВМ.