RU166127U1

RU166127U1 - POSITIVE-SENSITIVE DETECTOR

Info

Publication number: RU166127U1
Application number: RU2016125268/28U
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Микеров
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2016-11-20

Abstract

Позиционно-чувствительный детектор, содержащий три вложенных друг в друга цилиндрических набора сцинтиллирующих элементов с общей осью параллельной оси детектора, сцинтиллирующие элементы внешнего и среднего набора выполнены из материала для регистрации тепловых нейтронов и разделены цилиндрическим экраном, поглощающим тепловые нейтроны, сцинтиллирующие элементы внешнего, среднего и центрального наборов снабжены светоотражающими оболочками, на светоотражающие оболочки сцинтиллирующих элементов нанесено светонепроницаемое покрытие, противоположные торцы каждого сцинтиллирующего элемента внешнего, среднего и центрального наборов соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом матричном фотоприемнике равно или больше числа сцинтиллирующих элементов, отличающийся тем, что сцинтиллирующие элементы центрального набора выполнены из водородосодержащего сцинтиллятора, применяемого для регистрации быстрых нейтронов, а цилиндрический экран, поглощающий тепловые нейтроны, установлен на поверхность сцинтиллирующих элементов среднего набора.A position-sensitive detector containing three nested cylindrical sets of scintillating elements with a common axis parallel to the axis of the detector, the scintillating elements of the external and middle set are made of material for detecting thermal neutrons and are separated by a cylindrical screen absorbing thermal neutrons, scintillating elements of the external, middle and the central sets are equipped with reflective shells, reflective coatings are applied to the reflective shells of scintillating elements Existence, opposite ends of each scintillating element of the outer, middle and central sets are connected via optical connectors with two fiber optical fibers located on the opposite side in optical contact with two matrix photodetectors, the number of photosensitive elements in each matrix photodetector is equal to or greater than the number of scintillating elements, characterized in that the scintillating elements of the central set are made of a hydrogen-containing scintillator used for p recording is the fast neutrons, and a cylindrical screen that absorbs thermal neutrons, is mounted on the surface of the intermediate stack scintillating elements.

Description

Полезная модель относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использована при создании радиационных детекторов, применяемых для регистрации и определения пространственного распределения нейтронного излучения широкого спектра, например, в геофизической аппаратуре нейтронного каротажа, а также системах обнаружения опасных веществ, использующих портативные генераторы быстрых нейтронов.The utility model relates to the field of registration of ionizing radiation and can be used to create radiation detectors used to register and determine the spatial distribution of neutron radiation of a wide spectrum, for example, in geophysical neutron logging equipment, as well as hazardous substance detection systems using portable fast neutron generators.

В настоящее время в скважинных приборах, используемых для детальных геофизических исследований, а также в аппаратуре, используемой для обнаружения взрывчатых, ядерных и других опасных веществ, широко используются портативные нейтронные генераторы, излучающие, в зависимости от типа генератора, нейтроны с энергией около 2,5 МэВ или 14 МэВ.Currently, in borehole instruments used for detailed geophysical studies, as well as in equipment used to detect explosive, nuclear and other hazardous substances, portable neutron generators are widely used, emitting, depending on the type of generator, neutrons with an energy of about 2.5 MeV or 14 MeV.

Распространяясь в среде, быстрые нейтроны претерпевают упругие и неупругие рассеяния на атомных ядрах. В результате упругого рассеяния быстрые нейтроны замедляются, переходя в область энергий эпитепловых, а затем и тепловых нейтронов. Пространственное распределение быстрых, эпитепловых и тепловых нейтронов зависит от свойств среды и, в частности, от соотношения макроскопических сечений рассеяния и поглощения нейтронов в среде и может быть использовано для определения вещественного состава среды.Propagating in a medium, fast neutrons undergo elastic and inelastic scattering by atomic nuclei. As a result of elastic scattering, fast neutrons slow down, passing into the energy region of epithermal, and then thermal neutrons. The spatial distribution of fast, epithermal, and thermal neutrons depends on the properties of the medium and, in particular, on the ratio of macroscopic cross sections for scattering and absorption of neutrons in the medium and can be used to determine the material composition of the medium.

В скважинных приборах регистрация быстрых, эпитепловых и тепловых нейтронов позиционно-чувствительным детектором или несколькими детекторами, находящимися на разных расстояниях от мишени генератора 14 МэВ нейтронов, позволяет измерить, например, нейтронную пористость и плотность среды, степень ее однородности. Эти характеристики используются для определения характера насыщения пластов (нефть, вода), их фильтрационно-емкостных свойств и коэффициента нефтенасыщенности. Угловая зависимость регистрируемого нейтронного излучения позволяет контролировать положение скважинного прибора в скважине.In downhole tools, registration of fast, epithermal, and thermal neutrons with a position-sensitive detector or several detectors located at different distances from the target of the 14 MeV neutron generator allows one to measure, for example, neutron porosity and density of a medium, its degree of uniformity. These characteristics are used to determine the nature of formation saturation (oil, water), their filtration-capacitive properties and oil saturation coefficient. The angular dependence of the detected neutron radiation allows you to control the position of the downhole tool in the well.

При обнаружении взрывчатых, ядерных и других опасных веществ регистрация пространственного и углового распределения потоков быстрых, эпитепловых и тепловых нейтронов, проходящих через контролируемую среду, позволяет судить о вещественном составе объекта и степени его однородности, облегчает учет вклада фонового излучения.When explosive, nuclear, and other hazardous substances are detected, recording the spatial and angular distribution of the fluxes of fast, epithermal, and thermal neutrons passing through a controlled medium makes it possible to judge the material composition of the object and its degree of homogeneity, and makes it easier to take into account the contribution of background radiation.

Таким образом, нейтронные детекторы, обладающие координатным и угловым разрешением и обеспечивающие регистрацию всего спектра нейтронного излучения, повышают надежность определения вещественного состава исследуемой среды и степени ее однородности.Thus, neutron detectors with coordinate and angular resolution and providing registration of the entire spectrum of neutron radiation increase the reliability of determining the material composition of the medium under study and its degree of homogeneity.

Известен «Метод и аппаратура для нейтронного каротажа, использующая позиционно-чувствительный нейтронный детектор», который содержит сцинтиллятор с осью параллельной оси корпуса прибора и фотоумножители на противоположных концах сцинтиллятора, каждый фотоумножитель подключен к соответствующему амплитудному анализатору и через него к контроллеру, служащему для определения осевого положения зарегистрированного нейтрона по отношению амплитуд оптических сигналов, зарегистрированных фотоумножителями. Патент СА 2798070, МПК G01T 3/00, GOIV 5/10, 10.11.2011.The well-known "Method and apparatus for neutron logging using a position-sensitive neutron detector", which contains a scintillator with an axis parallel to the axis of the instrument body and photomultipliers at opposite ends of the scintillator, each photomultiplier connected to a corresponding amplitude analyzer and through it to the controller, which serves to determine the axial the position of the detected neutron in relation to the amplitudes of the optical signals recorded by the photomultipliers. Patent CA 2798070, IPC G01T 3/00, GOIV 5/10, 10/10/2011.

Недостатком аналога является невозможность одновременной регистрации тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов.The disadvantage of the analogue is the inability to simultaneously register thermal, epithermal and fast neutrons.

Известен «Спектрометрический позиционно-чувствительный детектор», в котором сцинтиллятор состоит из трех вложенных друг в друга наборов сцинтиллирующих элементов, обеспечивающих регистрацию эпитепловых и тепловых нейтронов, а также гамма излучения. Патент RU 2574322, МПК G01T 1/20, 10.02.2016. Данное решение принято в качестве прототипа.The well-known "Spectrometric position-sensitive detector", in which the scintillator consists of three sets of scintillating elements embedded in each other, providing registration of epithermal and thermal neutrons, as well as gamma radiation. Patent RU 2574322, IPC G01T 1/20, 02/10/2016. This decision was made as a prototype.

Позиционно-чувствительный детектор, содержащий сцинтиллятор, находящийся в оптическом контакте с фотоприемником, отличающийся тем, что сцинтиллятор состоит из трех вложенных друг в друга наборов сцинтиллирующих элементов, расположенных параллельно оси устройства, внешний и средний наборы образованы сцинтиллирующими волокнами из материала, обеспечивающего регистрацию тепловых нейтронов, а сцинтиллирующие элементы внутреннего набора образуют цилиндр и выполнены в форме одинаковых по размеру угловых секторов и обеспечивают регистрацию гамма-излучения, количество угловых секторов составляет два и более, каждый угловой сектор снабжен спектросмещающим волокном, проходящим через центр углового сектора параллельно оси устройства, сцинтиллирующие элементы среднего набора помещены внутрь нейтронного замедлителя трубчатой формы, заполняющего пространство между внешним и внутренним наборами, на внешней поверхности нейтронного замедлителя расположен экран, поглощающий тепловые нейтроны, сцинтиллирующие элементы всех наборов и спектросмещающие волокна внутреннего набора снабжены светоотражающими оболочками, на поверхность сцинтиллирующих элементов нанесено светонепроницаемое покрытие, противоположные торцы каждого сцинтиллирующего элемента внешнего и среднего наборов, а также противоположные торцы каждого спектросмещающего волокна внутреннего набора соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом из которых равно или больше числа сцинтиллирующих элементов.A position-sensitive detector containing a scintillator in optical contact with a photodetector, characterized in that the scintillator consists of three sets of scintillating elements nested in parallel to the device axis, the outer and middle sets are made up of scintillating fibers from a material that records thermal neutrons and the scintillating elements of the inner set form a cylinder and are made in the form of equal-sized angular sectors and provide a register gamma radiation, the number of angular sectors is two or more, each angular sector is equipped with a spectroscopic fiber passing through the center of the angular sector parallel to the axis of the device, scintillating elements of the middle set are placed inside the tube-shaped neutron moderator, filling the space between the external and internal sets, on the external the surface of the neutron moderator is a screen that absorbs thermal neutrons, scintillating elements of all sets and spectroscopic fibers of the inner the boron are provided with reflective shells, a lightproof coating is applied to the surface of the scintillating elements, the opposite ends of each scintillating element of the outer and middle sets, as well as the opposite ends of each spectroscopic fiber of the inner set, are connected via optical connectors with two fiber optic fibers that are on the opposite side in optical contact with two matrix photodetectors, the number of photosensitive elements in each of which is equal to or more scintillating elements.

Недостатком прототипа является невозможность одновременной регистрации тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов. Прототип не может регистрировать быстрые нейтроны.The disadvantage of the prototype is the inability to simultaneously register thermal, epithermal and fast neutrons. The prototype cannot detect fast neutrons.

Полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа.The utility model eliminates the disadvantages of analog and prototype.

Техническим результатом полезной модели является возможность одновременной регистрации тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов.The technical result of the utility model is the ability to simultaneously detect thermal, epithermal, and fast neutrons.

Технический результат достигается тем, что позиционно-чувствительный детектор, содержащий три, вложенные друг в друга, цилиндрические набора сцинтиллирующих элементов с общей осью параллельной оси детектора, сцинтиллирующие элементы внешнего и среднего набора выполнены из материала для регистрации тепловых нейтронов и разделены цилиндрическим экраном, поглощающим тепловые нейтроны, сцинтиллирующие элементы внешнего, среднего и центрального наборов снабжены светоотражающими оболочками, на светоотражающие оболочки сцинтиллирующих элементов нанесено светонепроницаемое покрытие, противоположные торцы каждого сцинтиллирующего элемента внешнего, среднего и центрального наборов соединены посредством оптических соединителей с двумя волоконными световодами, находящимися с противоположной стороны в оптическом контакте с двумя матричными фотоприемниками, число фоточувствительных элементов в каждом матричном фотоприемнике равно или больше числа сцинтиллирующих элементов, сцинтиллирующие элементы центрального набора выполнены из водородосодержащего сцинтиллятора, применяемого для регистрации быстрых нейтронов, а цилиндрический экран, поглощающий тепловые нейтроны, установлен на поверхность сцинтиллирующих элементов среднего набора.The technical result is achieved by the fact that a position-sensitive detector containing three, nested in each other, cylindrical sets of scintillating elements with a common axis parallel to the axis of the detector, the scintillating elements of the external and middle set are made of material for detecting thermal neutrons and are separated by a cylindrical screen absorbing thermal neutrons, scintillating elements of the outer, middle and central sets are equipped with reflective shells, on the reflective shells of scintillating a lightproof coating is applied to the elements, the opposite ends of each scintillating element of the outer, middle and central sets are connected via optical connectors to two fiber optical fibers that are on the opposite side in optical contact with two matrix photodetectors, the number of photosensitive elements in each matrix photodetector is equal to or greater than the number of scintillating elements scintillating elements of the central set are made of hydrogen-containing scintillates pa used for detecting fast neutrons, and a cylindrical screen that absorbs thermal neutrons, is mounted on the surface of the intermediate stack scintillating elements.

На чертеже схематично показано устройство позиционно-чувствительного детектора, служащего для одновременной регистрации тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов, где:The drawing schematically shows the device position-sensitive detector, which serves for the simultaneous registration of thermal, epithermal and fast neutrons, where:

1, 5 - внешний и средний цилиндрические наборы сцинтиллирующих элементов для регистрации тепловых нейтронов;1, 5 - outer and middle cylindrical sets of scintillating elements for detecting thermal neutrons;

2 - волоконные световоды;2 - fiber optical fibers;

3 - матричные фотоприемники;3 - matrix photodetectors;

4 - оптические соединители;4 - optical connectors;

6 - центральный набор сцинтиллирующих элементов для регистрации быстрых нейтронов;6 - a central set of scintillating elements for detecting fast neutrons;

7 - цилиндрический экран для тепловых нейтронов.7 - a cylindrical screen for thermal neutrons.

Амплитудные анализаторы, подключаемые к фотоприемникам и контроллеру, а также контроллер на Чертеже не показаны.Amplitude analyzers connected to photodetectors and the controller, as well as the controller are not shown in the drawing.

Позиционно-чувствительный детектор содержит:The position sensitive detector contains:

- вложенные друг в друга наборы 1, 5 и 6 сцинтиллирующих элементов цилиндрической формы с общей осью параллельной оси детектора, служащие для регистрации тепловых (наборы 1 и 5) и быстрых (набор 6) нейтронов;- nested into each other sets of 1, 5 and 6 scintillating elements of a cylindrical shape with a common axis parallel to the axis of the detector, used to register thermal (sets 1 and 5) and fast (set 6) neutrons;

- волоконные световоды 2 и оптические соединители 4, служащие для вывода света от сцинтилляционных вспышек, возникающих в сцинтилляционных элементах наборов 1, 5 и 6, на матричные фотоприемники 3;- fiber optic fibers 2 and optical connectors 4, which are used to output light from scintillation flashes arising in the scintillation elements of sets 1, 5 and 6, to the matrix photodetectors 3;

- цилиндрический экран 7, служащий для поглощения тепловых нейтронов и предотвращения их попадания на набор 5 сцинтиллирующих элементов со стороны набора 1 сцинтиллирующих элементов;- a cylindrical screen 7, which serves to absorb thermal neutrons and prevent them from reaching the set 5 of scintillating elements from the set of 1 scintillating elements;

- матричные фотоприемники 3, служащие для регистрации сцинтилляционных сигналов, поступающих с противоположных торцов сцинтилляционных элементов, входящих в наборы 1, 5 и 6.- matrix photodetectors 3, which serve to record scintillation signals coming from opposite ends of the scintillation elements included in sets 1, 5 and 6.

Число фоточувствительных элементов в каждом из двух матричных фотоприемников 3 должно быть равно или больше числа сцинтиллирующих элементов в наборах 1, 5 и 6. Фоточувствительные элементы, входящие в матричные фотоприемники 3, подключены к амплитудным анализаторам (на Чертеже не показаны) и через них к контроллеру (на чертеже не показан), служащему для определения осевого и углового распределения нейтронного излучения, падающего на детектор.The number of photosensitive elements in each of the two matrix photodetectors 3 must be equal to or greater than the number of scintillating elements in sets 1, 5, and 6. The photosensitive elements included in the matrix photodetectors 3 are connected to amplitude analyzers (not shown in the drawing) and through them to the controller (not shown), used to determine the axial and angular distribution of neutron radiation incident on the detector.

В наборах 1 и 5 сцинтиллирующие элементы располагаются вдоль окружности параллельно оси детектора на одном расстоянии от нее и изготавливаются из материала, обеспечивающего регистрацию тепловых нейтронов.In sets 1 and 5, the scintillating elements are arranged along the circumference parallel to the axis of the detector at the same distance from it and are made of a material that ensures registration of thermal neutrons.

Сцинтиллирующие элементы, входящие в набор 6, заполняют цилиндрический объем, диаметр и длина которого обычно составляют несколько сантиметров. Что обеспечивает, с одной стороны, достаточно высокую эффективность регистрации быстрых нейтронов а, с другой стороны, эффективное замедление эпитепловых нейтронов до энергии тепловых нейтронов.Scintillating elements included in set 6 fill a cylindrical volume, the diameter and length of which are usually several centimeters. This provides, on the one hand, a sufficiently high efficiency of fast neutron detection and, on the other hand, an effective deceleration of epithermal neutrons to thermal neutron energy.

В наборах 1 и 5 для регистрации тепловых нейтронов может, например, использоваться волоконный сцинтиллятор из литий содержащего стекла. В настоящее время изготавливаются волоконные сцинтиллирующие элементы различного поперечного сечения: круглые, квадратные и прямоугольные. Достаточно высокая эффективность регистрации тепловых нейтронов обеспечивается литиевым волоконным сцинтиллятором с размером поперечного сечения волокна порядка 1 мм.Kits 1 and 5 for detecting thermal neutrons can, for example, use a lithium-containing glass fiber scintillator. Currently, fiber scintillating elements of various cross sections are manufactured: round, square and rectangular. A sufficiently high detection efficiency of thermal neutrons is provided by a lithium fiber scintillator with a fiber cross-sectional size of about 1 mm.

Для регистрации быстрых нейтронов сцинтиллирующие элементы, входящие в центральный набор 6, выполняют из волоконного водородосодержащего сцинтиллятора, изготовленного, например, из пластмассы с добавками соответствующих красителей. Такой сцинтиллятор, помимо регистрации быстрых нейтронов по протонам отдачи, служит хорошим замедлителем эпитепловых нейтронов. Для эффективного замедления эпитепловых нейтронов плотность упаковки сцинтиллирующих элементов центрального набора 6 должна быть максимальной, которая достигается, в частности, в случае квадратного сечения сцинтиллирующего элемента.To register fast neutrons, the scintillating elements included in the central set 6 are made of a hydrogen-containing scintillator made, for example, of plastic with additives of the corresponding dyes. Such a scintillator, in addition to detecting fast neutrons by recoil protons, serves as a good moderator of epithermal neutrons. To effectively slow down epithermal neutrons, the packing density of the scintillating elements of the central set 6 should be maximum, which is achieved, in particular, in the case of a square section of the scintillating element.

Для улучшения светосбора и увеличения доли света, переносимого на торцы волоконного сцинтиллирующего элемента, поверхность элемента покрывают светоотражающим покрытием (одно- и двух-слойным) с меньшим, чем у волокна, коэффициентом преломления, либо выращивают волокна с заданным радиальным градиентом состава (Н.В. Классен, В.Н. Курлов, С.Н. Россоленко, О.А. Кривко, А.Д. Орлов, С.З. Шмурак. Сцинтилляционные волокна и наносцинтилляторы для улучшения пространственного, спектрометрического и временного разрешения радиационных детекторов; Известия РАН. Серия Физическая, 2009, том 73, №10, с. 1451-1456; Патент РФ №2411543, МПК: G01T 1/20, 10.02.2011).To improve light collection and increase the proportion of light transferred to the ends of the fiber scintillating element, the surface of the element is coated with a reflective coating (single or double layer) with a lower refractive index than the fiber, or fibers with a given radial gradient of the composition are grown (N.V. Klassen, VN Kurlov, SN Rossolenko, OA Krivko, AD Orlov, SZ Shmurak Scintillation fibers and nanoscintillators for improving spatial, spectrometric and temporal resolution of radiation detectors; Known I Academy of Sciences: Physics, 2009, Volume 73, №10, from 1451-1456, the Russian Patent №2411543, IGC:.. G01T 1/20, 10.02.2011).

Применение волоконного сцинтиллятора в наборах 1, 5 и 6 позволяет существенно уменьшить вклад фонового гамма излучения за счет малого поперечного сечения волокна.The use of a fiber scintillator in sets 1, 5, and 6 can significantly reduce the contribution of background gamma radiation due to the small fiber cross section.

Поверхность сцинтиллирующих элементов, входящих в наборы 1, 5 и 6, покрыта также светонепроницаемым тонким покрытием, например, из алюминия, двуокиси титана, окиси магния, который служит для предотвращения попадания света от сцинтилляционной вспышки, возникшей в сцинтиллирующем элементе, в соседние элементы. Толщина покрытия, обеспечивающая полное поглощение света, составляет не более 1 мкм.The surface of the scintillating elements included in kits 1, 5, and 6 is also coated with a lightproof thin coating, for example, from aluminum, titanium dioxide, magnesium oxide, which serves to prevent light from the scintillation flash arising in the scintillating element from entering neighboring elements. The coating thickness, providing complete absorption of light, is not more than 1 μm.

Противоположные торцы каждого волоконного сцинтиллирующего элемента наборов 1, 5 и 6 соединены с помощью оптических соединителей 4 с двумя волоконными световодами 2 с оптическим контактом. Оптические соединители 4 обеспечивают механическую связь торцов волоконного сцинтиллирующего элемента наборов 1, 5 и 6 с торцами волоконных световодов 2. Поперечное сечение волоконных световодов 2 обычно равно или больше поперечного сечения волоконного сцинтиллирующего элемента наборов 1, 5 и 6 для того, чтобы уменьшить потери света в месте сопряжения торцов волоконного сцинтиллирующего элемента и волоконных световодов.The opposite ends of each fiber scintillating element of sets 1, 5 and 6 are connected using optical connectors 4 with two fiber optical fibers 2 with an optical contact. Optical connectors 4 provide mechanical coupling of the ends of the fiber scintillating element of sets 1, 5 and 6 with the ends of the optical fibers 2. The cross section of the optical fibers 2 is usually equal to or greater than the cross section of the fiber scintillating element of the sets 1, 5 and 6 in order to reduce light loss in the interface between the ends of the fiber scintillating element and the optical fibers.

Волоконные световоды 2 составлены из волокон, обычно изготавливаемых из пластмассы со светоотражающими и светопоглощающими покрытиями, выполняющими ту же роль, что и в случае сцинтиллирующих элементов. Торцы каждого из волоконных световодов 2 соединены с фоточувствительными элементами матричных фотоприемников 3 с оптическим контактом.Fiber optic fibers 2 are composed of fibers, usually made of plastic with reflective and light-absorbing coatings, which play the same role as in the case of scintillating elements. The ends of each of the optical fibers 2 are connected to the photosensitive elements of the array photodetectors 3 with an optical contact.

В каждом из двух матричных фотоприемников 3 в качестве фоточувствительных элементов могут использоваться фотодиоды, например, кремниевые фотоумножители. В качестве матричного фотоприемника 3 могут применяться также двухкоординатные фотоумножители. Общее число фоточувствительных элементов в каждом из двух матричных фотоприемников 3 равно или больше общего числа волоконных сцинтиллирующих элементов в наборах 1, 5 и 6.In each of the two matrix photodetectors 3, photodiodes, for example, silicon photomultipliers, can be used as photosensitive elements. As the matrix photodetector 3, two-coordinate photomultipliers can also be used. The total number of photosensitive elements in each of the two matrix photodetectors 3 is equal to or greater than the total number of fiber scintillating elements in sets 1, 5, and 6.

Сцинтиллирующие элементы, входящие в набор 5, окружены цилиндрическим экраном 7, служащим для поглощения тепловых нейтронов. Цилиндрический экран 7, поглощающий тепловые нейтроны, установлен на поверхность сцинтиллирующих элементов среднего набора 5 и может быть изготовлен, например, из листового кадмия толщиной около 1 мм.Scintillating elements included in set 5 are surrounded by a cylindrical screen 7, which serves to absorb thermal neutrons. A cylindrical screen 7 absorbing thermal neutrons is mounted on the surface of scintillating elements of the middle set 5 and can be made, for example, of cadmium sheet about 1 mm thick.

В общей случае цилиндрический экран 7, внешний 1 и средний 5 наборы могут быть не соосными.In the general case, the cylindrical screen 7, the outer 1 and the middle 5 sets may not be coaxial.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На позиционно-чувствительный детектор падают одновременно быстрые, тепловые и эпитепловые нейтроны. Интенсивность этих излучений имеет осевое и азимутальное распределение.Fast, thermal, and epithermal neutrons are incident on a position-sensitive detector. The intensity of these emissions has an axial and azimuthal distribution.

Тепловые нейтроны, попавшие в сцинтиллирующие элементы набора 1, практически полностью поглощаются в них, вызывая сцинтилляционные вспышки. Те тепловые нейтроны, которые прошли через элементы набора 1 внутрь детектора не поглотившись, поступают на цилиндрический экран 7 для тепловых нейтронов и поглощаются в нем.Thermal neutrons trapped in the scintillating elements of set 1 are almost completely absorbed in them, causing scintillation bursts. Those thermal neutrons that passed through the elements of set 1 into the detector without being absorbed enter the cylindrical screen 7 for thermal neutrons and are absorbed in it.

Эпитепловые нейтроны в основном проходят через набор 1 сцинтиллирующих элементов и далее через цилиндрический экран 7 для тепловых нейтронов не поглотившись из-за более низкого для них сечения поглощения в связи с более высокой их энергией. Далее эпитепловые нейтроны проходят через набор 5 сцинтиллирующих элементов также практически не поглотившись и поступают в центральный набор 6, где теряют свою энергию за счет упругого рассеяния на водороде, входящего в состав пластмассового сцинтиллятора, и становятся тепловыми. Став в центральном наборе 6 тепловыми, нейтроны диффундируют в нем, испытывая радиационный захват на водороде, входящем в состав сцинтиллирующих элементов набора 6, но в своем большинстве возвращаются на сцинтиллирующие элементы набора 5, где эффективно поглощаются и регистрируются аналогично тепловым нейтронам, поступившим из окружающей среды на сцинтиллирующие элементы набора 1.Epithermal neutrons mainly pass through a set of 1 scintillating elements and then through a cylindrical screen 7 for thermal neutrons without being absorbed due to their lower absorption cross section due to their higher energy. Next, epithermal neutrons pass through a set of 5 scintillating elements, also practically without being absorbed, and enter the central set 6, where they lose their energy due to elastic scattering on hydrogen, which is part of the plastic scintillator, and become thermal. Having become thermal in the central set 6, neutrons diffuse in it, experiencing radiation capture on hydrogen, which is part of the scintillating elements of set 6, but for the most part they return to the scintillating elements of set 5, where they are effectively absorbed and recorded similarly to thermal neutrons received from the environment on scintillating elements of set 1.

Цилиндрический экран 7 препятствует прохождению тепловых нейтронов, возникших в наборе 6, на сцинтиллирующие элементы набора 1.A cylindrical screen 7 prevents the passage of thermal neutrons that arose in set 6, on the scintillating elements of set 1.

Быстрые нейтроны проходят наборы 1, 5, а также цилиндрический экран 7, практически не взаимодействуя с ними, и попадают в сцинтиллирующие элементы центрального набора 6. В результате упругого рассеяния быстрых нейтронов на водороде, входящем в состав пластмассового сцинтиллятора, в одном или нескольких сцинтиллирующих элементах центрального набора 6 возникают сцинтилляционные вспышки.Fast neutrons pass through sets 1, 5, as well as a cylindrical screen 7, practically without interacting with them, and fall into the scintillating elements of the central set 6. As a result of elastic scattering of fast neutrons by hydrogen, which is part of a plastic scintillator, in one or more scintillating elements central set 6 scintillation flares occur.

Фотоны от сцинтилляционной вспышки, возникшей от тепловых, эпитепловых или быстрых нейтронов в одном из сцинтиллирующих элементов, входящем в наборы 1, 5 или 6, соответственно, транспортируются к противоположным торцам сцинтиллирующего элемента с помощью светоотражающей оболочки. Далее эти фотоны посредством оптических соединителей 4 и волоконных световодов 2 переносятся на два отдельные фотоприемника, входящие в состав двух различных матричных фото приемников 3, в которых регистрируются, вызывая на выходе фотоприемников электрические сигналы.Photons from a scintillation burst arising from thermal, epithermal, or fast neutrons in one of the scintillating elements included in kits 1, 5, or 6, respectively, are transported to the opposite ends of the scintillating element using a reflective shell. Further, these photons are transferred via optical connectors 4 and optical fibers 2 to two separate photodetectors, which are part of two different matrix photodetectors 3, in which they are registered, causing electrical signals at the output of the photodetectors.

Светопоглощающее покрытие, нанесенное на сцинтиллирующие элементы наборов 1, 5 и 6, препятствует прохождению сцинтилляционных фотонов из одного элемента в другой, предотвращая связанное с этим прохождением ухудшение азимутального разрешения детектора.A light-absorbing coating applied to the scintillating elements of kits 1, 5 and 6 prevents the passage of scintillation photons from one element to another, preventing the deterioration of the azimuthal resolution of the detector associated with this passage.

Электрические сигналы с двух фотоприемников, входящих в состав двух различных матричных фотоприемников 3, вызванные приходом фотонов с противоположных торцов сцинтиллирующего элемента из наборов 1, 5 или 6, поступают на амплитудные анализаторы и далее в контроллер, где анализируется по амплитуде, суммируются и используются для определения осевого и углового распределения нейтронного излучения.Electrical signals from two photodetectors, which are part of two different matrix photodetectors 3, caused by the arrival of photons from opposite ends of the scintillating element from sets 1, 5 or 6, are fed to amplitude analyzers and then to the controller, where they are analyzed by amplitude, summed and used to determine axial and angular distribution of neutron radiation.

По соотношению амплитуд электрических сигналов с противоположных торцов сцинтиллирующего элемента наборов 1, 5 или 6 определяется осевая координата взаимодействия излучения. Точность определения осевой координаты составляет порядка 1 см (В.Н. Дубинина, В.Е. Ковтун, «Концепция радиационного портального монитора нового поколения», Вестник Харьковского университета №845 (2009) 108-121; патент РФ №2351954, МПК G01T 3/06, 10.04.2009).By the ratio of the amplitudes of the electrical signals from opposite ends of the scintillating element of sets 1, 5 or 6, the axial coordinate of the radiation interaction is determined. The accuracy of determining the axial coordinate is about 1 cm (V.N. Dubinina, V.E. Kovtun, “The concept of a new generation radiation portal monitor”, Bulletin of Kharkov University No. 845 (2009) 108-121; RF patent No. 2351954, IPC G01T 3 06/06/2009).

По суммарному сигналу, поступающему с сцинтиллирующих элементов наборов 1, 5 и 6, расположенных при различных азимутальных углах, определяется азимутальное распределение поступившего излучения (заявка на патент US 2013/0187035, МПК G01V 5/08, G01V 5/10, 25.07.2013). По величине регистрируемого суммарного сигнала может производиться также отбраковка фонового сигнала, характеризующегося сравнительно малой амплитудой.The total signal from the scintillating elements of sets 1, 5 and 6 located at different azimuthal angles determines the azimuthal distribution of the incoming radiation (patent application US 2013/0187035, IPC G01V 5/08, G01V 5/10, 07/25/2013) . The magnitude of the recorded total signal can also be a rejection of the background signal, characterized by a relatively small amplitude.

Угловое разрешение детектора определяется отношением поперечного сечения сцинтиллирующего элемента к радиусу окружности, на которой находится этот элемент. При сечении сцинтиллирующего элемента, составляющем 1 мм (диаметр обычно применяемых счетчиков или сцинтилляторов составляет порядка 1 см), и расстоянии от оси детектора, например, 20 мм угловое разрешение составляет 1/20 радиана или менее 3°.The angular resolution of the detector is determined by the ratio of the cross section of the scintillating element to the radius of the circle on which this element is located. When the scintillating element has a cross section of 1 mm (the diameter of the commonly used counters or scintillators is about 1 cm) and the distance from the detector axis, for example, 20 mm, the angular resolution is 1/20 radian or less than 3 °.

В случае аппаратуры для обнаружения взрывчатых, ядерных и других опасных веществ угловое разрешение детектора позволяет определить направление, с которого на детектор поступает нейтронное излучение и тем самым облегчает учет влияния фоновых излучений.In the case of equipment for the detection of explosive, nuclear and other hazardous substances, the angular resolution of the detector allows you to determine the direction from which the neutron radiation enters the detector and thereby facilitates accounting for the effect of background radiation.

Таким образом, заявленный технический результат: возможность одновременной регистрации тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов, достигается за счет того, что сцинтиллирующие элементы центрального набора 6 выполнены из водородосодержащего сцинтиллятора, применяемого для регистрации быстрых нейтронов, а цилиндрический экран 7, поглощающий тепловые нейтроны, установлен на поверхность сцинтиллирующих элементов среднего набора 5.Thus, the claimed technical result: the possibility of simultaneous registration of thermal, epithermal and fast neutrons, is achieved due to the fact that the scintillating elements of the central set 6 are made of a hydrogen-containing scintillator used to detect fast neutrons, and the cylindrical screen 7 absorbing thermal neutrons is set to surface of scintillating elements of the middle set 5.

Claims

A position-sensitive detector containing three nested cylindrical sets of scintillating elements with a common axis parallel to the axis of the detector, the scintillating elements of the external and middle set are made of material for detecting thermal neutrons and are separated by a cylindrical screen absorbing thermal neutrons, scintillating elements of the external, middle and the central sets are equipped with reflective shells, reflective coatings are applied to the reflective shells of scintillating elements Existence, opposite ends of each scintillating element of the outer, middle and central sets are connected via optical connectors with two fiber optical fibers located on the opposite side in optical contact with two matrix photodetectors, the number of photosensitive elements in each matrix photodetector is equal to or greater than the number of scintillating elements, characterized in that the scintillating elements of the central set are made of a hydrogen-containing scintillator used for p recording is the fast neutrons, and a cylindrical screen that absorbs thermal neutrons, is mounted on the surface of the intermediate stack scintillating elements.