RU105474U1

RU105474U1 - DETECTOR FOR REGISTRATION OF IONIZING RADIATIONS

Info

Publication number: RU105474U1
Application number: RU2010151439/28U
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Шульгин; Михаил Николаевич Благовещенский; Олег Николаевич Шутов; Александр Николаевич Черепанов; Валерий Григорьевич Гребняк; Алексей Владимирович Ищенко; Леонид Викторович Викторов; Владимир Леонидович Петров; Виктор Васильевич Соколкин; Егор Михайлович Голубкин; Ольга Сергеевна Тесленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Гамма"
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2011-06-10

Abstract

1. Детектор для регистрации ионизирующих излучений, содержащий сцинтилляционный датчик для регистрации излучений, находящееся с ним в оптическом контакте фотоприемное устройство и блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что в качестве сцинтилляционного датчика используют сцинтилляционный спектрометрический кристалл CsI:T1 или LaBr3:Ce, чувствительный к гамма-излучению, в качестве фотоприемного устройства используют PIN-фотодиод, детектор содержит дополнительный сцинтилляционный датчик, чувствительный к нейтронам, и находящиеся с ним в оптическом контакте сместитель спектра из кристалла ортогерманата висмута и дополнительный PIN-фотодиод, детектор дополнительно содержит коммуникационный модуль, связанный с блоком электронной обработки сигналов. ! 2. Детектор для регистрации ионизирующих излучений по п.1, отличающийся тем, что дополнительный сцинтилляционный датчик, чувствительный к нейтронам, выполнен в виде сборки из трех элементов, причем центральный элемент выполнен из кристалла, или кристалловолокон L(Y, Gd)BO:Ce, или из пластинок 6Li-содержащего силикатного стекла, два элемента, окружающие центральный элемент, выполнены из пластика или стильбена. 1. A detector for detecting ionizing radiation, comprising a scintillation sensor for detecting radiation, an optical photodetector and an electronic signal processing unit in contact with it, characterized in that a CsI: T1 or LaBr3: Ce sensitive scintillation spectrometric crystal is used as a scintillation sensor to gamma radiation, a PIN photodiode is used as a photodetector, the detector contains an additional scintillation sensor, sensitive to neutrons, and finding Esja with them in optical contact shifter spectrum of bismuth ortho-germanate crystal and an additional PIN-photodiode detector further comprises a communication module associated with the electronic signal processing unit. ! 2. The detector for detecting ionizing radiation according to claim 1, characterized in that the additional neutron-sensitive scintillation sensor is made in the form of an assembly of three elements, the central element being made of a crystal or crystal fibers L (Y, Gd) BO: Ce , or from plates of 6Li-containing silicate glass, two elements surrounding the central element are made of plastic or stilbene.

Description

Полезная модель относится к области дистанционного энгергочувствительного детектирования гамма-излучения и счетного детектирования нейтронов; предназначена как для масштабного радиационного мониторинга селитебных (жилых) зон и объектов окружающей среды, так и для локального мониторинга, в том числе скрытого, помещений в плане поиска, обнаружения и идентификации ядерных делящихся материалов, а также радиоактивных веществ (РВ) по спектру их гамма-излучения (включая поиск источников гамма-радиации, наведенной при нейтронном зондировании скрытых взрывчатых веществ (ВВ)); может быть использована в составе мобильных комплексов радиационного контроля, размещаемых на различных носителях, включая беспилотные летательные аппараты, или как переносной (носимый) детектор для мониторинга помещений.The utility model relates to the field of remote energy-sensitive detection of gamma radiation and counting neutron detection; It is intended for large-scale radiation monitoring of residential (residential) zones and environmental objects, as well as for local monitoring, including hidden, of premises in terms of search, detection and identification of nuclear fissile materials, as well as radioactive substances (RS) according to their gamma spectrum -radiation (including the search for sources of gamma radiation induced by neutron sensing of hidden explosives); It can be used as part of mobile radiation monitoring systems placed on various media, including unmanned aerial vehicles, or as a portable (wearable) detector for monitoring rooms.

Известны сцинтилляционные детекторы гамма-излучения, включающие датчик (блок детектирования) и блок электронной обработки сигналов (Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий / Ю.К.Акимов. М.: МГУ, 1963. 151 с.; Пат. 4482808 США), в которых датчик содержит сцинтилляционный неорганический кристалл и фотодетектор (фотоэлектронный умножитель или фотодиод). Сцинтилляционный кристалл (один из щелочно-галоидных кристаллов или один из кристаллов на оксидной основе) имеет обычно цилиндрическую форму диаметром 10-150 мм и высотой 10-150 мм, или он имеет кубическую форму 10×10×10 мм³ при фотодиодной регистрации. Однако детекторы с таким датчиком непригодны для регистрации нейтронного излучения, поскольку датчик не содержит элементы, чувствительные к нейтронам. Кроме того, известные детекторы не поддерживают передачу результатов измерений удаленному пользователю.Known scintillation detectors of gamma radiation, including a sensor (detection unit) and an electronic signal processing unit (Akimov, Yu.K. Scintillation methods for detecting high-energy particles / Yu.K. Akimov. M.: Moscow State University, 1963. 151 pp .; Pat. 4482808 USA), in which the sensor contains a scintillation inorganic crystal and a photodetector (photoelectron multiplier or photodiode). The scintillation crystal (one of the alkali halide crystals or one of the oxide-based crystals) usually has a cylindrical shape with a diameter of 10-150 mm and a height of 10-150 mm, or it has a cubic shape of 10 × 10 × 10 mm ³ when photodiode registration. However, detectors with such a sensor are not suitable for detecting neutron radiation, since the sensor does not contain elements sensitive to neutrons. In addition, well-known detectors do not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известен сцинтилляционный детектор бета-, гамма- и нейтронного излучения по Пат. 2142147 РФ, содержащий датчик - сцинтилляционный кристалл, например Lu₂SiO₅:Ce или стильбен, сместитель спектра (в виде тонкой сцинтиллирующей пленки или кристалла) и кремниевый PIN-фотодиод, а также блок электронной обработки сигналов. Однако такой детектор на предназначен для одновременной эффективной регистрации нейтронного и гамма-излучения. Если в качестве сцинтилляционного в датчике используется кристалл Lu₂SiO₅:Ce, то последний будет регистрировать только гамма-кванты и не будет регистрировать нейтроны. Если в качестве сцинтилляционного кристалла датчик содержит стильбен, то последний будет регистрировать в основном нейтроны. Поскольку в детекторах с диодной регистрацией из-за малых размеров диодов стандартный размер сцинтилляционных кристаллов невелик (обычно кубик 10×10×10 мм³), то и эффективность регистрации нейтронов и тем более гамма-квантов будет при дистанционных измерениях мала, не выше 1%. Кроме того, известный детектор не пригоден для спектрометрии гамма-излучения и не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.Known scintillation detector of beta, gamma and neutron radiation according to Pat. 2142147 RF, containing a scintillation crystal sensor, for example Lu ₂ SiO ₅ : Ce or stilbene, a spectrum shifter (in the form of a thin scintillating film or crystal) and a silicon PIN photodiode, as well as an electronic signal processing unit. However, such a detector is not intended for simultaneous efficient registration of neutron and gamma radiation. If a Lu ₂ SiO ₅ : Ce crystal is used as the scintillation in the sensor, the latter will only detect gamma rays and will not detect neutrons. If the sensor contains stilbene as a scintillation crystal, the latter will mainly detect neutrons. Since the standard size of scintillation crystals is small in detectors with diode registration due to the small size of the diodes (usually a 10 × 10 × 10 mm ³ cube), the detection efficiency of neutrons and, especially, gamma rays will be small with remote measurements, not higher than 1% . In addition, the known detector is not suitable for gamma-ray spectrometry and does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известен детектор нейтронов сцинтилляционного типа с датчиком на базе кристаллов ⁶LiI:Eu, содержащий изотоп ⁶Li (Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий / Ю.К.Акимов. М.: МГУ, 1963. 151 с). Однако такой детектор является гигроскопичным и имеет весьма большую длительность сцинтилляций (1400 нс), что не позволяет обеспечить высокую загрузочную способность детектора. Кроме того, известный детектор не пригоден для спектрометрии гамма-излучения и не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.A scintillation type neutron detector with a sensor based on ⁶ LiI: Eu crystals containing the ⁶ Li isotope is known (Akimov Yu.K. Scintillation methods for detecting high-energy particles / Yu.K. Akimov. M .: Moscow State University, 1963. 151 s). However, such a detector is hygroscopic and has a very long scintillation time (1400 ns), which does not allow for a high loading capacity of the detector. In addition, the known detector is not suitable for gamma-ray spectrometry and does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известный селективный детектор нейтронов по Пат. 3688118 США содержит два датчика, один из которых чувствителен к заряженным частицам и нейтронам, в то время как другой чувствителен только к заряженным частицам; число регистрируемых нейтронов определяется разностным сигналом с этих датчиков, выделяемым с помощью разностной схемы электронного блока. Однако возможность применения такого детектора для регистрации и спектрометрии гамма-излучения в Пат. 3688118 США не оговорена. Кроме того, в известном патенте не оговорена также возможность передачи результатов измерений удаленному пользователю.Known selective neutron detector according to Pat. 3688118 USA contains two sensors, one of which is sensitive to charged particles and neutrons, while the other is sensitive only to charged particles; the number of detected neutrons is determined by the difference signal from these sensors, allocated using the difference circuit of the electronic unit. However, the possibility of using such a detector for registration and spectrometry of gamma radiation in Pat. 3688118 United States not specified. In addition, the known patent also does not stipulate the possibility of transmitting the measurement results to a remote user.

Известный детектор нескольких излучений (Заявка 0311 ЕВП (ЕР)) имеет датчик, включающий два сцинтилляционных кристалла с зеленым и красным свечением, один из которых чувствителен к высокоэнергетическому излучению, а другой - к низкоэнергетическому, и два фотодиода, выделяющих сигналы с помощью светофильтров (зеленого и красного) и регистрирующий их с помощью блока электронной обработки сигналов. Такой детектор имеет ограниченные области применения, по данным Заявки 0311503 ЕР он пригоден для регистрации рентгеновского излучения с двумя различными энергиями, однако он непригоден для регистрации нейтронов и одновременно для спектрометрии гамма-излучения. Кроме того, известный детектор не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.The well-known multi-radiation detector (Application 0311 CWP (EP)) has a sensor that includes two scintillation crystals with green and red glow, one of which is sensitive to high-energy radiation, and the other to low-energy, and two photodiodes that emit signals using light filters (green and red) and registering them using the electronic signal processing unit. Such a detector has limited applications; according to Application 0311503 EP, it is suitable for detecting x-rays with two different energies, but it is unsuitable for detecting neutrons and simultaneously for gamma-ray spectrometry. In addition, the known detector does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известен детектор надтепловых нейтронов (Пат. 4241253 США), который содержит датчик тепловых нейтронов, защиту от тепловых нейтронов, окружающую этот датчик; замедлитель надтепловых нейтронов, которые проникают через защиту, с тем, чтобы уже замедленные нейтроны легче поглощались счетчиком. Толщина замедлителя и отношение диаметра счетчика к внешнему диаметру замедлителя таковы, что максимальную скорость счета можно получить в случае, когда счетчик полностью заполняет внутренний диаметр защиты от тепловых нейтронов. Однако известный детектор не позволяет регистрировать гамма-излучение и, соответственно, не позволяет обеспечить спектрометрию гамма-излучения. Кроме того, известный детектор не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.Known epithermal neutron detector (US Pat. 4241253 USA), which contains a thermal neutron sensor, protection against thermal neutrons surrounding this sensor; epithermal neutron moderator, which penetrate the shield so that already decelerated neutrons are more easily absorbed by the counter. The thickness of the moderator and the ratio of the diameter of the counter to the outer diameter of the moderator are such that the maximum counting speed can be obtained when the counter completely fills the inner diameter of the thermal neutron shield. However, the known detector does not allow detecting gamma radiation and, accordingly, does not allow spectrometry of gamma radiation. In addition, the known detector does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известен детектор для регистрации ионизирующего излучения по Пат. 4482808 США. Детектор содержит датчик, в частности сцинтилляционный однокристальный датчик, чувствительный одновременно к нейтронам и гамма-лучам, и блок электронной обработки сигналов, включающий в себя электронную схему селекции для разделения сигналов (импульсов), генерируемых нейтронами и гамма-лучами. Однако, известный детектор (Пат. 4482808 США) непригоден для спектрометрии гамма-излучения. Кроме того, в известном патенте не оговорена возможность передачи результатов измерений удаленному пользователю.Known detector for recording ionizing radiation according to Pat. 4,482,808 United States. The detector comprises a sensor, in particular a single-chip scintillation sensor that is sensitive to neutrons and gamma rays at the same time, and an electronic signal processing unit that includes an electronic selection circuit for separating signals (pulses) generated by neutrons and gamma rays. However, the known detector (US Pat. No. 4,482,808) is not suitable for gamma ray spectrometry. In addition, the known patent does not stipulate the possibility of transmitting the measurement results to a remote user.

Известны детекторы нейтронов (Прайс В. Регистрация ядерного излучения / В.Прайс. М.: ИИЛ, 1964. 464 с), использующие реакцию захвата нейтрона (n, α), сопровождающуюся излучением 3 или 4 гамма-квантов с общей энергией приблизительно 4-8 МэВ. В частности, известен (n, α)-детектор на основе жидкого сцинтиллятора, в который помещены пластинки поглощающего вещества, такого как кадмий (Прайс В. Регистрация ядерного излучения / В.Прайс. М.: ИИЛ, 1964. 464 с). Кадмий поглощает медленные нейтроны и испускает гамма-кванты (реакция (n, α)), которые вызывают световые вспышки в жидком сцинтилляторе. Известен также (n, α)-детектор со сцинтиллятором NaI:T1, окруженным чехлом из серебра (Прайс В. Регистрация ядерного излучения / В.Прайс. М.: ИИЛ, 1964. 464 с.) - серебро имеет большой резонансный пик для реакции (n, α). Серебро эффективно поглощает нейтроны резонансных энергий вследствие реакции (n, α) и испускает гамма-кванты, которые регистрируются сцинтилляционным кристаллом NaI:T1. Однако такие детекторы очень дороги из-за высокой стоимости кадмия и серебра и не пригодны для спектрометрии гамма-излучения. Кроме того, описанные детекторы не поддерживают передачу результатов измерений удаленному пользователю.Known neutron detectors (Price B. Registration of nuclear radiation / V. Price. M .: IIL, 1964. 464 s) using the neutron capture reaction (n, α), accompanied by the emission of 3 or 4 gamma rays with a total energy of approximately 4 8 MeV. In particular, a (n, α) -detector based on a liquid scintillator is known, in which plates of an absorbing substance such as cadmium are placed (Price V. Registration of nuclear radiation / V. Price. M .: IIL, 1964. 464 s). Cadmium absorbs slow neutrons and emits gamma rays (reaction (n, α)), which cause light flashes in a liquid scintillator. Also known is an (n, α) detector with a NaI scintillator: T1 surrounded by a silver cover (Price V. Nuclear radiation registration / V. Price. M.: IIL, 1964. 464 pp.) - silver has a large resonance peak for the reaction (n, α). Silver effectively absorbs neutrons of resonant energies due to the reaction (n, α) and emits gamma rays, which are detected by a NaI: T1 scintillation crystal. However, such detectors are very expensive due to the high cost of cadmium and silver and are not suitable for gamma-ray spectrometry. In addition, the described detectors do not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известно устройство по Пат. 2143711 РФ, которое содержит датчик и блок электронной обработки сигналов. Датчик выполнен в виде трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора, выполненного из чувствительного к быстрым нейтронам органического водородосодержащего вещества на основе пластмассы (СН)_n или стильбена (сцинтиллятор с колодцем), и размещенного в нем (в колодце внешнего сцинтиллятора) сцинтилляционного кристалла NaI:T1 в стандартном контейнере, чувствительного к гамма-излучению, и внутреннего сцинтиллятора на основе ⁶Li-силикатного стекла, активированного церием, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя, помещенных в единый корпус, а блок электронной обработки сигналов включает схему внутренней временной селекции сцинтиимпульсов от нейтроно-чувствительных сцинтилляторов и от гамма-чувствительного сцинтиллятора, а также спектрометрический анализатор для обработки сцинтиимпульсов от сцинтилляционного кристалла NaI:T1. Однако известное устройство имеет в своем составе фотоэлектронный умножитель, отличающийся большими габаритами, что не позволяет сделать устройство компактным. Кроме того, известный детектор не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.A device according to Pat. 2143711 RF, which contains a sensor and an electronic signal processing unit. The sensor is made in the form of three parallel-series-connected scintillators: an external neutron scintillator made of fast-neutron-sensitive organic hydrogen-containing substance based on plastic (CH) _n or stilbene (a scintillator with a well), and a scintillation placed in it (in the well of an external scintillator) crystal NaI: T1 in a standard container, sensitive to gamma radiation, and internal scintillator based on ⁶ Li-silicate glass doped with cerium sensitive t pilaf neutrons, and a photomultiplier tube placed in a single body, and the electronic signal processing unit includes circuitry internal stsintiimpulsov time selection of neutron-sensitive scintillators and the gamma sensitive scintillators, and spectroscopic analyzer for processing stsintiimpulsov of NaI scintillation crystal: T1. However, the known device incorporates a photomultiplier tube, characterized by large dimensions, which does not allow to make the device compact. In addition, the known detector does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Известен детектор нейтронного и гамма-излучения по патенту РФ №2231809 от 27.06.2004 МПК G01T 3/08, 1/24, заявл. 01.07/2002; опубл. 27.06.2004. Бюл.№18. Известный детектор содержит датчики для регистрации быстрых промежуточных и тепловых нейтронов. Сенсорными элементами датчиков служат PIN-сенсоры, размещенные в чехлах из борсодержащего радиатора - преобразователя нейтронов из карбида или нитрида бора. Два датчика предназначены для регистрации быстрых и промежуточных нейтронов и содержат замедлители в виде слоев водородосодержащего материала. Третий датчик предназначен для регистрации тепловых нейтронов, поэтому он не имеет замедлителя. Устройство содержит блок электронной обработки сигналов, который состоит из спектрометрического анализатора для выделения гамма-импульсов (n, αγ)-реакции и для спектрометрии регистрируемого гамма-излучения. Однако регистрация гамма-излучения в известном детекторе осуществляется непосредственно с помощью полупроводниковых PIN-сенсоров, что не обеспечивает регистрацию гамма-излучения высоких (10 МэВ и выше) энергий, что в частности, востребовано при регистрации гамма-излучения изотопа ¹⁵N (10,8 МэВ), используемого для обнаружения ВВ при их зондировании тепловыми нейтронами. Кроме того, известный детектор не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.Known neutron and gamma radiation detector according to the patent of the Russian Federation No. 2231809 from 06/27/2004 IPC G01T 3/08, 1/24, decl. 07/01/2002; publ. 06/27/2004. Bull.№18. The known detector contains sensors for detecting fast intermediate and thermal neutrons. The sensor elements of the sensors are PIN sensors placed in covers made of a boron-containing radiator — a neutron converter made of carbide or boron nitride. Two sensors are designed to detect fast and intermediate neutrons and contain moderators in the form of layers of hydrogen-containing material. The third sensor is designed to detect thermal neutrons, so it does not have a moderator. The device comprises an electronic signal processing unit, which consists of a spectrometric analyzer for the detection of gamma pulses of the (n, αγ) reaction and for spectrometry of the detected gamma radiation. However, the registration of gamma radiation in the known detector is carried out directly using semiconductor PIN sensors, which does not provide registration of gamma radiation of high (10 MeV and higher) energies, which is, in particular, demanded when registering gamma radiation of the ¹⁵ N isotope (10.8 MeV) used to detect explosives when they are probed with thermal neutrons. In addition, the known detector does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Наиболее близким к заявляемому является детектор для регистрации ионизирующих излучений (Пат. 2088952 РФ). Он содержит датчик и блок электронной обработки сигналов; датчик выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла Bi₄Ge₃O₁₂, чувствительного к протонному, рентгеновскому, а также альфа-, бета-, гамма-излучениям, и световода, выполненного из органического сцинтиллирующего вещества на основе стильбена или пластмассы (СН)_n, чувствительного к быстрым нейтронам, фотоэлектронного умножителя преобразующего световые вспышки (сцинтилляции) в электрические сигналы, а блок электронной обработки сигналов включает в себя схему временной селекции сцинтиимпульсов, поступающих в него от альфа-, бета-, гамма-сцинтиллятора Bi₄Ge₃O₁₂ и от световода, сцинтиллирующего под действием быстрых нейтронов. Однако известный детектор содержит фотоэлектронный умножитель, отличающийся большими габаритами, что не позволяет сделать устройство компактным. Кроме того, известный детектор не поддерживает передачу результатов измерений удаленному пользователю.Closest to the claimed is a detector for recording ionizing radiation (Pat. 2088952 RF). It contains a sensor and an electronic signal processing unit; the sensor is made in the form of a Bi ₄ Ge ₃ O ₁₂ scintillation crystal connected in series, sensitive to proton, x-ray, as well as alpha, beta, gamma radiation, and a fiber made of an organic scintillating substance based on stilbene or plastic (CH) _n sensitive to fast neutrons, a photomultiplier that converts light flashes (scintillation) into electrical signals, and the electronic signal processing unit includes a circuit for temporal selection of scintillation pulses entering it from the alpha, beta, gamma scintillator Bi ₄ Ge ₃ O ₁₂ and from a fiber scintillating under the influence of fast neutrons. However, the known detector contains a photomultiplier tube, characterized by large dimensions, which does not allow to make the device compact. In addition, the known detector does not support the transmission of measurement results to a remote user.

Задачей полезной модели является разработка конструкции компактного сцинтилляционного детектора нейтронного и гамма-излучений, обеспечивающего достаточно эффективную дистанционную регистрацию быстрых и тепловых нейтронов в счетном режиме и регистрацию гамма-излучения в спектрометрическом и счетном режимах, а также передачу результатов измерений (данных радиационного контроля) удаленному пользователю.The objective of the utility model is to develop the design of a compact scintillation detector of neutron and gamma radiation, which provides sufficiently effective remote registration of fast and thermal neutrons in the counting mode and registration of gamma radiation in spectrometric and counting modes, as well as transferring measurement results (radiation monitoring data) to a remote user .

Задача полезной модели решается за счет того, что предлагаемый детектор для регистрации ионизирующих излучений содержит сцинтилляционный датчик в виде спектрометрического кристалла CsI:T1 или LaBr₃:Ce, чувствительный к гамма-излучению, находящееся с ним в оптическом контакте фотоприемное устройство в виде PIN-фотодиода, а также содержит дополнительный сцинтилляционный датчик, чувствительный к нейтронам, и находящийся с ним в оптическом контакте сместитель спектра из кристалла ортогерманата висмута и дополнительный PIN-фотодиод, блок электронной обработки сигналов и связанный с ним коммуникационный модуль.The problem of the utility model is solved due to the fact that the proposed detector for detecting ionizing radiation contains a scintillation sensor in the form of a CsI: T1 or LaBr ₃ : Ce spectrometric crystal, a gamma radiation sensitive sensor, and a photodetector in the form of an optical contact with it in the form of a PIN photodiode and also contains an additional neutron sensitive scintillation sensor, and a spectrum shifter made of bismuth orthogermanate crystal and an optical PIN photodiode, an electro block signal processing and the associated communication module.

Суть полезной модели проиллюстрирована на фиг.1.The essence of the utility model is illustrated in figure 1.

Предлагаемая полезная модель содержит в едином корпусе 1 спектрометрический сцинтилляционный датчик 2 на основе кристалла CsI:T1 или LaBr₃:Ce, чувствительный к гамма-излучению, и сцинтилляционный датчик 3, чувствительный к быстрым и тепловым нейтронам и гамма-излучению. Сцинтилляционный датчик 3 выполнен в виде сборки из трех элементов. Центральный элемент 4 выполнен из кристалла L(Y, Gd)BO:Ce или ⁶Li-содержащего силикатного стекла, два элемента 5, окружающие центральный элемент 4, выполнены из пластика или стильбена. В качестве фотоприемного устройства для датчика 2 используется PIN-фотодиод 6. В качестве фотоприемного устройства для датчика 3 используется PIN-фотодиод 7 с установленным перед его входным окном сместителем спектра 8, выполненного из кристалла ортогерманата висмута BGO. PIN-фотодиоды 6 и 7 и сместитель спектра 8 так же, как и датчики 2 и 3 расположены в корпусе 1. PIN-фотодиоды 6 и 7 электрически связаны с блоком электронной обработки сигналов 9. Результаты измерений, полученные блоком обработки сигналов 9, передаются на коммуникационный модуль 10.The proposed utility model contains in a single housing 1 a spectrometric scintillation sensor 2 based on a CsI: T1 or LaBr ₃ : Ce crystal, sensitive to gamma radiation, and a scintillation sensor 3, sensitive to fast and thermal neutrons and gamma radiation. The scintillation sensor 3 is made in the form of an assembly of three elements. The central element 4 is made of L (Y, Gd) BO crystal: Ce or ⁶ Li-containing silicate glass, two elements 5 surrounding the central element 4 are made of plastic or stilbene. A PIN photo diode 6 is used as a photodetector for sensor 2. A PIN photo diode 7 is used as a photodetector for sensor 3 with a spectrum shifter 8 installed in front of its input window and made of BGO bismuth orthogermanate crystal. The PIN photodiodes 6 and 7 and the spectrum shifter 8, as well as the sensors 2 and 3, are located in the housing 1. The PIN photodiodes 6 and 7 are electrically connected to the electronic signal processing unit 9. The measurement results obtained by the signal processing unit 9 are transmitted to communication module 10.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Регистрируемое гамма-излучение попадает в спектрометрический датчик 2 и вызывает в нем сцинтилляционные вспышки за счет возбуждения и релаксации Т1-центров свечения, если в качестве датчика используется кристалл CsI:T1 (энергетическое разрешение 8-10%), или за счет возбуждения и релаксации Се-центров свечения, если в качестве датчика используется кристалл LaBr₃:Ce (энергетическое разрешение 2-3%). Сцинтилляционные вспышки регистрируются с помощью PIN-фотодиода 6, сигналы с которого передаются на блок электронной обработки сигналов 9.The detected gamma radiation enters the spectrometric sensor 2 and causes scintillation flashes in it due to the excitation and relaxation of the T1 glow centers, if a CsI: T1 crystal (energy resolution of 8-10%) is used as the sensor, or due to the excitation and relaxation of Ce luminescence centers if a LaBr ₃ : Ce crystal is used as a sensor (energy resolution of 2-3%). Scintillation flashes are recorded using a PIN photodiode 6, the signals from which are transmitted to the electronic signal processing unit 9.

Нейтроны регистрируются с помощью датчика 3. Быстрые нейтроны попадают на элементы 5 из пластика или стильбена датчика 3 и вызывают сцинтилляционные вспышки в них за счет протонов отдачи. Быстрые нейтроны при этом замедляются до тепловых энергий и эффективно регистрируются центральным элементом 4 датчика 3, выполненным из бората лития-гадолиния, активированного церием, или ⁶Li-содержащего силикатного стекла. Регистрация в материале элемента 4 датчика 3 осуществляется за счет протекания ядерных реакции (n, α) на ядрах ⁶Li (сечение 940 барн), реакции (n, α) на ядрах ¹⁰В (сечение 3837 барн) или реакций (n, γ+электроны конверсии) на ядрах ¹⁵⁷Gd (сечение 254000 барн) или ¹⁵⁵Gd (сечение 60900 барн). Тепловые нейтроны, имеющиеся в первичном спектре нейтронного излучения, также регистрируются элементом 4 датчика 3 за счет указанных выше ядерных реакций. Сцинтилляционные вспышки синего цвета, связанные с регистрацией нейтронов в элементах 4 и 5 датчика 3 попадают на сместитель спектра 8, выполненный из ортогерманата висмута, обеспечивающий смещение спектра свечения вспышек из синего в зеленый диапазон, далее вспышки с измененным спектром свечения попадают на PIN-фотодиод 7. Смещение синего спектра в область зеленую область повышает эффективность регистрации сцинтилляционных вспышек с помощью PIN-фотодиода, имеющего более высокую чувствительность в диапазоне больших длин волн. Сместитель спектра 8 играет одновременно роль регистратора гамма-излучения, что в совокупности с датчиком 2 повышает эффективность регистрации гамма-излучения предлагаемым устройством. Сигналы с PIN-фотодиода 7 передаются на блок электронной обработки сигналов 9.The neutrons are detected using the sensor 3. Fast neutrons reach the elements 5 from plastic or stilbene of the sensor 3 and cause scintillation bursts in them due to recoil protons. In this case, fast neutrons slow down to thermal energies and are effectively detected by the central element 4 of sensor 3 made of lithium-gadolinium borate activated by cerium or ⁶ Li-containing silicate glass. Registration in the material of element 4 of sensor 3 is carried out due to the occurrence of nuclear reactions (n, α) on ⁶ Li nuclei (cross section 940 barn), reactions (n, α) on ¹⁰ V nuclei (cross section 3837 barn) or reactions (n, γ + conversion electrons) on nuclei of ¹⁵⁷ Gd (cross-section 254,000 barn) or ¹⁵⁵ Gd (cross-section 60,900 barn). Thermal neutrons present in the primary neutron radiation spectrum are also detected by element 4 of sensor 3 due to the above nuclear reactions. Blue scintillation flashes associated with neutron detection in elements 4 and 5 of sensor 3 fall on a spectrum shifter 8 made of bismuth orthogermanate, which provides a shift in the emission spectrum of flashes from blue to green, then flashes with a changed emission spectrum fall on a PIN photodiode 7 The shift of the blue spectrum to the green region increases the efficiency of scintillation burst detection using a PIN photodiode, which has a higher sensitivity in the long wavelength range. The spectrum shifter 8 simultaneously plays the role of a gamma-ray recorder, which together with the sensor 2 increases the efficiency of gamma-ray detection by the proposed device. The signals from the PIN photodiode 7 are transmitted to the electronic signal processing unit 9.

Результаты измерения, выполненные блоком электронной обработки сигналов (на базе микроконтроллера) 9, передаются на коммуникационный модуль 10, обеспечивающий передачу результатов измерений удаленному пользователю посредством беспроводных технологий связи (УКВ, GSM, GPRS, Bluetooth, Wi-Fi и пр.) или посредством записи информации на съемные носители (Flash-накопители или карты памяти).The measurement results performed by the electronic signal processing unit (based on the microcontroller) 9 are transmitted to the communication module 10, which provides the transmission of measurement results to a remote user via wireless communication technologies (VHF, GSM, GPRS, Bluetooth, Wi-Fi, etc.) or by recording information on removable media (flash drives or memory cards).

Главными преимуществами предлагаемой полезной модели детектора являются его малые габариты и вес. Например, используемый сцинтилляционный датчик на основе CsI:T1 имеет малые габариты 10×10×30 мм³ и малый вес 17,6 г, а сцинтилляционный датчик нейтронов на основе ⁶Li-содержащего силикатного стекла (выполнен в виде набора тонких пластин толщиной до 400 мкм, длина 30 мм) имеет вес 13,2 г. Детектор нейтронов на основе кристалла или кристалловолокон L(Y, Gd)BO:Ce имеет вес до 20-40 г. Вес PIN-фотодиодов, зарядочувствительных усилителей, АЦП и других электронных компонентов и схем, входящих в блок электронной обработки сигналов, не превышает нескольких грамм. Такие детекторы особо пригодны для малогабаритных и супермалогабаритных беспилотных летательных аппаратов.The main advantages of the proposed utility model of the detector are its small dimensions and weight. For example, the used CsI: T1 based scintillation sensor has small dimensions of 10 × 10 × 30 mm ³ and a small weight of 17.6 g, and a neutron scintillation sensor based on ⁶ Li-containing silicate glass (made in the form of a set of thin plates up to 400 thick μm, length 30 mm) has a weight of 13.2 g. A neutron detector based on a crystal or crystal fibers L (Y, Gd) BO: Ce has a weight of up to 20-40 g. Weight of PIN photodiodes, charge-sensitive amplifiers, ADCs and other electronic components and circuits included in the electronic signal processing unit, does not exceed several grams. Such detectors are especially suitable for small-sized and super-small unmanned aerial vehicles.

Дополнительным преимуществом предлагаемого технического решения является возможность спектрометрии гамма-излучения высоких (10 МэВ и выше) энергий при использовании сцинтилляционного датчика на основе кристаллов (или кристалловолокон) L(Y, Gd)BO:Ce, что в частности, может быть востребовано при регистрации гамма-излучения изотопа ¹⁵N (10,8 МэВ), используемого для обнаружения ВВ при их зондировании тепловыми нейтронами (в комплексах активного радиационного контроля).An additional advantage of the proposed technical solution is the possibility of spectrometry of gamma radiation of high (10 MeV and higher) energies using a scintillation sensor based on crystals (or crystal fibers) L (Y, Gd) BO: Ce, which, in particular, can be used when registering gamma -radiation of the ¹⁵ N isotope (10.8 MeV) used to detect explosives when they are probed with thermal neutrons (in active radiation monitoring complexes).

Еще одно преимущество предлагаемого детектора для регистрации ионизирующих излучений связано с возможностью создания расширенной сети радиационных детекторов, благодаря:Another advantage of the proposed detector for recording ionizing radiation is associated with the possibility of creating an expanded network of radiation detectors, due to:

- возможности применения нескольких наборов (до нескольких десятков наборов) сцинтилляционных датчиков в виде корпусов 1 при одном или двух-трех блоках электронной обработки сигналов 9;- the possibility of using several sets (up to several dozen sets) of scintillation sensors in the form of housings 1 with one or two or three blocks of electronic signal processing 9;

- наличию коммуникационного модуля 10, способного функционировать в сети радиационных детекторов.- the presence of a communication module 10 capable of functioning in a network of radiation detectors.

Claims

1. A detector for detecting ionizing radiation, comprising a scintillation sensor for detecting radiation, an optical photodetector and an electronic signal processing unit, which is characterized in that a CsI: T1 or LaBr ₃ : Ce scintillation crystal is used as a scintillation sensor, sensitive to gamma radiation, a PIN photodiode is used as a photodetector, the detector contains an additional scintillation sensor, sensitive to neutrons, and finding Party or with them in optical contact shifter spectrum of bismuth ortho-germanate crystal and an additional PIN-photodiode detector further comprises a communication module associated with the electronic signal processing unit.

2. The detector for detecting ionizing radiation according to claim 1, characterized in that the additional neutron-sensitive scintillation sensor is made in the form of an assembly of three elements, the central element being made of a crystal or crystal fibers L (Y, Gd) BO: Ce , or from plates ^{6 of} Li-containing silicate glass, two elements surrounding the central element are made of plastic or stilbene.