Детектор-светосборник

 

Полезная модель относится к области регистрации ионизирующих излучений, к области обнаружения источника ионизирующего излучения на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д. Техническим результатом полезной модели является расширение энергетического диапазона регистрации проникающих излучений и их видов, определение местоположения источника излучения, повышение эффективности сбора света, возникающего в сцинтилляторе при прохождении через него ионизирующей частицы и его транспортировки к фотодиодам, повышение пространственного разрешения регистрации ионизирующей частицы. Технический результат достигается тем, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующий пластины, содержащей, по крайней мере, па одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, по крайней мере, одна сцинтиллирующая пластина, покрыта светосборником из материала прозрачного для света, выходящего из светопереизлучающего волокна, а, по крайней мере, на одной поверхности светосборника выполнены канавки для расположения светопереизлучающих волокон, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены, по крайней мере, на одном торце пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. 1. п.ф 5 илл.

Полезная модель относится к области регистрации ионизирующих излучений, к области обнаружения источника ионизирующего излучения на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д.

Известен детектор-светосборник, выполненный в виде блока из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических элементов, изготовленных из набора материалов разной плотности. Рекламный листок Института физики твердого тела Российской Академии Наук, Черноголовка, Московской области. 2005 г. «Антитеррористические просвечивающие установки для экспрессного выявления взрывчатых веществ». Недостаток детектора - получение изображения скрытых предметов при просвечивании рентгеновским излучением конкретных предметов в явочном порядке.

Известен детектор, содержащий блок из водородосодержащих сцинтиллирующих оптических элементов, уложенных рядами и фотоприемники. В детекторе сцинтиллирующие оптические элементы выполнены в виде стержней с прямоугольным сечением, на одной из граней каждого стержня выполнены пазы, в пазах размещены сцинтиллирующие волокна, на торцах волокон расположены фотодиоды, фотодиоды обеспечены выводами для соединения со схемой регистрации. Патент Российской Федерации на полезную модель №54440, МПК: G01Т 3/06, 2006 г. Прототип. Прототип обладает низкой технологичностью изготовления: обработка каждого отдельного стержня, выполнение в нем канавок и т.п.).

Задача полезной модели - разработка технологичного детектора ионизирующих излучений для визуализации пространственного распределения плотности потока ионизирующих излучений с улучшенными

свойствами; повышенной эффективностью, стабильностью, механической прочностью, сроком службы.

Техническим результатом полезной модели является расширение энергетического диапазона регистрации проникающих излучений и их видов, повышение эффективности сбора света, возникающего в сцинтилляторе при прохождении через него ионизирующей частицы.

Технический результат достигается тем, что в детекторе-светосборнике, содержащем блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемой регистрации, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующей пластины-светосборника, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, по крайней мере, одна сторона сцинтиллирующей пластины-светосборника, покрыта дополнительной пластиной-светосборником из материала прозрачного для света, выходящего из светопереизлучающего волокна, а, по крайней мере, на одной поверхности светосборника выполнены канавки для расположения светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены, по крайней мере, на одном торце сцинтиллирующей пластины-светосборника и подключены к схеме регистрации с выходным регистром.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-4.

На фиг.1 представлена схема детектора-светосборника, где: 1 - сцинтиллирующая пластина, 2 - светопереизлучающие волокна, 3 - фотодиоды. На фиг.2 представлено устройство однокоординатного детектора со светопоглощающими слоями, где: 1 - сцинтиллирующая пластина, 2 - светопереизлучающие волокна, 4 - светопоглощающие пластины (дополнительная пластина-светосборник).

На фиг.3 схематично представлен поперечный разрез дополнительной пластины-светосборника, где: 4 - светопоглощающие пластины (дополнительная пластина-светосборник). На фиг.4 представлена электронная схема с двумя усилителями, двумя дискриминаторами и схемой совпадений, где: 3 - фотодиоды, 4 - первый аналоговый усилитель, 5 - второй аналоговый усилитель, 6 - первый аналоговый выход, 7 - второй аналоговый выход, 8 - первый дискриминатор, 9 - второй дискриминатор, 10 - схема совпадений. Детектор-светосборник (фиг.1) состоит из сцинтиллирующей пластины-светосборника 1, выполненной из пластмассы, органического кристалла, кристаллического сцинтиллятора, сцинтиллирующего стекла с встроенными светопереизлучающими волокнами 2, на торцах которых расположены фотодиоды (фотоприемные устройства). При прохождении через детектор-светосборник ионизирующей частицы сигнал возникает в нескольких ближайших фотодиодах 2, количество которых определяется количеством рожденных фотонов. Определение координаты сцинтилляционной вспышки проводят на основании сравнения амплитуд сигналов поступивших с различных фотодиодов 2 и нахождения центра тяжести пространственного распределения этих сигналов. При прохождении через сцинтиллирующую пластину-светосборник 1 ионизирующей частицы в ней рождаются фотоны, распространяющиеся во все стороны. Часть фотонов проходит через светопереизлучающие волокна 3, в которых первичные фотоны (примерно с вероятностью 0,8) захватываются и излучают вторичные фотоны с большей длиной волны. Частично (примерно 5%) вторичные фотоны за счет полного внутреннего отражения на границе волокно и его оболочка доходят до торца волокна, где попадают на фотоприемное устройство - фотодиоды 3. Полученный электронный сигнал поступает на вход электронной схемы (фиг.3), предназначенной для дискриминации и усиления сигнала. Электронная схема может содержать также элементы отбора сигналов по

совпадениям или антисовпадениям. Амплитуда сигнала, поступающего с того или иного фотодиода 3, зависит от расстояния между светопереизлучающим волокном 2 и треком ионизирующей частицы. При толщине сцинтиллирующей пластины 1, равной диаметру светопереизлучающего волокна 2, сигнал поступает только с двух смежных устройств. Пространственная координата определяется по соотношению сигналов поступивших с нескольких фотодиодов 3 во временном окне, устанавливаемом в зависимости от типа сцинтиллятора, и характеристик электронной схемы. Для улучшения пространственного разрешения на поверхности сцинтиллирующей пластины 1 расположены дополнительные светопоглощающие пластины-светосборники 4 (фиг.2), в которых выполнены пазы (фиг.3). Пластины-светосборники 4 выполнены из материала с тем же коэффициентом преломления и поглощающие свет от сцинтилляционной вспышки, распространяющийся в направления, где светопереизлучающие волокна 2 отсутствуют. Пластины-светосборники 4 без расположенных в них светопереизлучающих волокон 2 позволяют использовать их как светопоглощающие элементы, накладываемые на пластину светосборник 1. При отсутствии светопоглощающих пластин-светосборников 4 свет может попасть на светопереизлучающие волокна 2 за счет полного внутреннего отражения на границе сцинтиллирующая пластина 1 - воздух, что приводит к меньшей зависимости сигнала от расстояния между светопереизлучающим волокном 2 и треком и ухудшению пространственного разрешения. Фотодиоды 3 подключены к электронной схеме (плате), которая при поступлении сигнала с фотодиода 3 вырабатывает аналоговый сигнал, оцифровывает его и заносит в выходной регистр с указанием времени прихода, номера светопереизлучающего волокна 2 и амплитуды его сигнала (Фиг.4). Сигнал с фотодиода 3 поступает на аналоговый усилитель 5 и/или 6, после которого аналоговый сигнал амплитудой 120 мВ на 1 МэВ поглощенной в сцинтиллирующей пластине-

светосборнике 1 энергии частицы, длительностью примерно 100 нс, поступает одновременно на дискриминатор 9 и/или 10 с регулируемым порогом дискриминации и на соответствующий аналоговый выход. В случае применения двух фотодиодов 3 логические сигналы с дискриминаторов идут на схему совпадений 11. Если на обоих входах схемы совпадений 11 появляются сигналы, схема совпадений вырабатывает сигнал, который хранится в выходном регистре схемы. Внешний контроллер опрашивает выходные регистры схем совпадений 11 и в случае наличия в нем сигнала (запроса) осуществляет считывание сигнала с аналогового выхода для его передачи в компьютер для дальнейшей оцифровки и анализа. При этом регистрируется также время прихода запроса и номер регистра (номер фотодиода). Материал сцинтиллирующих пластин-светосборников 1 для регистрации тепловых нейтронов представляет собой литий содержащее сцинтиллирующее стекло. Материал сцинтиллирующих пластин-светосборников 1 для регистрации заряженных частиц представляет собой сцинтиллирующее стекло или пластмассовый сцинтиллятор. Материал сцинтиллирующих пластин-светосборников 1 для регистрации гамма излучения представляет собой сцинтиллирующее стекло, пластмассовый сцинтиллятор или пластины из NaI(Tl) с выходными окнами с двух сторон из стекла. Пространственная координата определяется из анализа амплитуд сигналов, поступивших с различных сцинтиллирующих пластин-светосборников 1 и фотодиодов 3 в целом. В пластинах-светосборниках 1 выполнены проточки, в которые могут быть уложены отрезки светопереизлучающих волокон 2, а также подготовлены места для крепления фотодиодов 3. Закрепленные на пластинах светосборника фотодиоды 3 примыкают к торцам светопереизлучающих волокон 2 с зазором 0,2-0,3 мм. Светопереизлучающие волокна 2 могут быть расположены на сцинтиллирующей пластине-светосборнике 1, а могут быть расположены на и светопоглощающих, дополнительных пластинах-светосборниках 4.

Детектор-светосборник, содержащий блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемой регистрации, отличающийся тем, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующей пластины-светосборника, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, по крайней мере, одна сторона сцинтиллирующей пластины-светосборника покрыта дополнительной пластиной-светосборником из материала, прозрачного для света, выходящего из светопереизлучающего волокна, а, по крайней мере, на одной поверхности светосборника выполнены канавки для расположения светопереизлучающих волокон, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены, по крайней мере, на одном торце сцинтиллирующей пластины-светосборника и подключены к схеме регистрации с выходным регистром.



 

Наверх