RU2333514C1 - Spectrometric gamma detector - Google Patents
Spectrometric gamma detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2333514C1 RU2333514C1 RU2006146335/28A RU2006146335A RU2333514C1 RU 2333514 C1 RU2333514 C1 RU 2333514C1 RU 2006146335/28 A RU2006146335/28 A RU 2006146335/28A RU 2006146335 A RU2006146335 A RU 2006146335A RU 2333514 C1 RU2333514 C1 RU 2333514C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodiodes
- pulse
- groups
- quanta
- photocurrent
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике обнаружения и распознования радиоактивных объектов и может быть использовано для регистрации гамма-излучения, заряженных частиц и малоинтенсивных потоков световых квантов, в частности для виазулизации радиоактивных объектов.The invention relates to techniques for detecting and recognizing radioactive objects and can be used to register gamma radiation, charged particles and low-intensity fluxes of light quanta, in particular for the viazulation of radioactive objects.
Известны спектрометрические гамма-детекторы, содержащие один или более сцинтиляторов, излучающих световые кванты с интенсивностью, пропорциональной энергии поглощенной гамма-частицы, высокочувствительные (однофотонные) фотосенсоры, чувствительные к излучению сцинтиляторов, обладающие пространственным разрешением, преобразующие световые кванты в электрические импульсы, соединенный с выходами фотосенсоров анализатор импульсов, пропускающий для подсчета и дальнейшей обработки те из них, которые соответствуют заданным критертям. См., например: патенты США 5866907, Drukier et al. "Ultralow background multiple photon detector", February 2, 1999; 5532122, Drukier. "Quantitation of gamma and x-ray emitting isotopes", July 2, 1996.Known spectrometric gamma detectors containing one or more scintillators emitting light quanta with an intensity proportional to the energy of the absorbed gamma particles, highly sensitive (single-photon) photosensors, sensitive to the radiation of scintillators, having spatial resolution, converting light quanta into electrical pulses connected to the outputs A photosensor is a pulse analyzer that allows for counting and further processing of those that correspond to specified criteria. See, for example: US patents 5866907, Drukier et al. "Ultralow background multiple photon detector", February 2, 1999; 5532122, Drukier. "Quantitation of gamma and x-ray emitting isotopes", July 2, 1996.
В этих источниках описываются устройство и метод для регистрации излучения радиоизотопов. Устройство обеспечивает фон в 1 частицу за день. Детектор преобразует эмиссию от радиоизотопа в электрические импульсы, которые затем анализируются по форме в анализаторе для идентификации изотопа. На основании патентов может быть создано устройство со сканированием для получения двумерных изображений радиоактивных объектов. Патент США 5866907 является наиболее близким аналогом к заявленному изобретению. Однако в нем, как и в аналогах, предусмотрены средства для защиты от фоновой радиации, но отсутствуют меры по снижению влияния на результаты детектирования темнового потока импульсов одноквантового фотосенсора. Кроме того, оно содержит одноканальные фотоумножители, из-за чего для формирования изображения требуется механическое скнирующее устройство.These sources describe a device and method for recording radiation of radioisotopes. The device provides a background of 1 particle per day. The detector converts the emission from the radioisotope into electrical pulses, which are then analyzed in shape in the analyzer to identify the isotope. Based on patents, a device with scanning can be created to obtain two-dimensional images of radioactive objects. US patent 5866907 is the closest analogue to the claimed invention. However, in it, as in analogues, means are provided for protection against background radiation, but there are no measures to reduce the effect on the detection results of the dark pulse flux of a single-quantum photosensor. In addition, it contains single-channel photomultipliers, which is why a mechanical scanning device is required for imaging.
Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение влияния темнового потока импульсов однофотонного фотосенсора и тем самым снижение порога чувствительности гамма-детектора и формирование изображения радиоактивного объекта без механического сканирования.The technical result of the present invention is to reduce the influence of the dark pulse flux of a single-photon photosensor and thereby reduce the sensitivity threshold of the gamma detector and image formation of a radioactive object without mechanical scanning.
Указанный результат достигается за счет того, что в известном устройстве гамма-детектора, содержащем один или более сцинтиляторов, излучающих световые кванты с интенсивностью, пропорциональной энергии поглощенной гамма-частицы, высокочувствительные (однофотонные) фотосенсоры, чувствительные к излучению сцинтиляторов, обладающие пространственным разрешением, преобразующие световые кванты в электрические импульсы, соединенный с выходами фотосенсоров анализатор импульсов, пропускающий для подсчета и дальнейшей обработки те из них, которые соответствуют заданным критертям, предложено:This result is achieved due to the fact that in the known device of a gamma detector containing one or more scintillators emitting light quanta with an intensity proportional to the energy of the absorbed gamma particle, highly sensitive (single-photon) photosensors that are sensitive to the radiation of scintillators, which have spatial resolution, convert light quanta into electrical impulses, a pulse analyzer connected to the outputs of the photosensors, allowing those to be counted and further processed to torye correspond to specify kritertyam been proposed:
- высокочувствительные (однофотонные) фотосенсоры выполнить в виде матрицы высокочувствительных (однофотонных) лавинных фотодиодов со схемами нормализации импульсов,- highly sensitive (single photon) photosensors to perform in the form of a matrix of highly sensitive (single photon) avalanche photodiodes with pulse normalization circuits,
- анализатор снабдить функцией пропускания импульсов от групп фотодиодов по критерию совпадения импульсов от заданного количества фотодиодов с заданными координатами в каждой группе на каждом из заданных элементарных интервалов времени,- the analyzer is equipped with a function of transmitting pulses from groups of photodiodes according to the criterion for the coincidence of pulses from a given number of photodiodes with given coordinates in each group at each of a given elementary time intervals,
- шаг фотодиодов, размерность групп и размерность матрицы определять в соответствии с требуемым пространственным разрешением,- the step of the photodiodes, the dimension of the groups and the dimension of the matrix to determine in accordance with the required spatial resolution,
- количество фотодиодов, сигналы которых проверяются на совпадение в каждой из групп, программировать в анализаторе тем большим, чем меньше текущее отношение средней частоты сигнальных квантов к средней частоте темновых квантов.- the number of photodiodes, the signals of which are checked for coincidence in each of the groups, to program in the analyzer the greater, the smaller the current ratio of the average frequency of signal quanta to the average frequency of dark quanta.
Указанный выше технический результат достигается совокупностью приведенных выше новых признаков изобретения.The above technical result is achieved by the combination of the above new features of the invention.
Матрица высокочувствительных (однофотонных) лавинных фотодиодов с соответствующим пространственным разрешением позволяет определять траекторрии движения гамма-частиц, а также получать изображение радиоактивного объекта без громоздких механических устройств сканирования.An array of highly sensitive (single-photon) avalanche photodiodes with the appropriate spatial resolution makes it possible to determine the motion paths of gamma particles, as well as to obtain an image of a radioactive object without bulky mechanical scanning devices.
Анализатор с функцией пропускания импульсов от групп фотодиодов на каждом из заданных элементарных интервалов времени по критерию совпадения сигналов фотодиодов, количество которых программируется в каждой группе тем большим, чем меньше текущее отношение средней частоты сигнальных квантов к средней частоте темновых квантов, позволяет уменьшить влияние темнового потока импульсов одноквантового фотосенсора на правильность его функционирования и тем самым понизить порог чувствительности гамма-детектора.An analyzer with the function of transmitting pulses from groups of photodiodes at each of the given elementary time intervals according to the criterion of coincidence of the photodiode signals, the number of which is programmed in each group, the greater, the smaller the current ratio of the average frequency of signal quanta to the average frequency of dark quanta, reduces the effect of the dark pulse flux single-quantum photosensor on the correctness of its functioning and thereby lower the sensitivity threshold of the gamma detector.
Перечень графических материалов, иллюстрирующих устройство, реализующее заявляемое изобретение:The list of graphic materials illustrating a device that implements the claimed invention:
чертеж иллюстрирует предлагаемое устройство гамма-детектора.the drawing illustrates the proposed device gamma detector.
Предлагаемый спектрометрический гамма-детектор состоит из одного или более сцинтиляторов 1, излучающих световые кванты с интенсивностью, пропорциональной энергии поглощенной гамма-частицы, высокочувствительных (однофотонных) фотосенсоров, обладающих пространственным разрешением, выполненных в виде матрицы 2, чувствительных к излучению сцинтиляторов лавинных фотодиодов 3, преобразующих световые кванты в нормализованные электрические импульсы, и соединенного с выходами фотосенсоров анализатора импульсов 4, пропускающего от групп 5 фотодиодов по критерию совпадения сигналы заданного количества фотодиодов с заданными координатами в группе на каждом из заданных элементарных интервалов времени.The proposed spectrometric gamma detector consists of one or more scintillators 1 that emit light quanta with an intensity proportional to the energy of the absorbed gamma particles, highly sensitive (single-photon) photosensors with spatial resolution, made in the form of a matrix 2, sensitive to the radiation of avalanche photodiode scintillators 3, converting light quanta into normalized electrical pulses, and connected to the outputs of the photosensors of the pulse analyzer 4, transmitting from groups 5 pho diodes according to the criterion of coincidence, the signals of a given number of photodiodes with given coordinates in the group at each of the given elementary time intervals.
Устройство работает следующим образом. Гамма-частица, попавшая в сцинтилятор 1, вызывает в нем излучение световых квантов с интенсивностью, пропорциональной энергии частицы. Световые кванты непосредственно или через объектив попадают на матрицу лавинных фотодиодов 2. Каждый квант вызывает импульс фототока в фотодиоде и соответственно стандартизованный импульс напряжения на выходе схемы считывания матрицы. Длительность импульсов соответствует элементарному интервалу времени (например, 1 мкс). Информация о наличии или отсутствии импульсов фототока у всех фотодиодов матрицы на элементарном интервале времени передается схемой считывания в анализатор 3. Анализатор в зависимости от текущих значений средней частоты импульсов, вызванных квантовым потоком сигнала, и средней частоты темновых импульсов устанавливает размер групп 5 и количество фотодиодов, в которых анализатор оставляет значения, соответствующие наличию импульсов, по критерию совпадения, т.е. только при наличии импульсов на элементарном интервале времени во всех фотодиодах заданного количества с заданными координатами в составе группы 5. Отсутствие хотя бы одного импульса в этой комбинации переводит данную комбинацию в пустое состояние. Эта процедура повторяется во всех комбинациях из k фотодиодов всех групп с N фотодиодами в каждой группе на всех элементарных интервалах на протяжении заданного времени наблюдения.The device operates as follows. A gamma particle that enters the scintillator 1 causes emission of light quanta in it with an intensity proportional to the particle energy. Light quanta directly or through the lens fall on the matrix of avalanche photodiodes 2. Each quantum causes a photocurrent pulse in the photodiode and a correspondingly standardized voltage pulse at the output of the matrix readout circuit. The pulse duration corresponds to an elementary time interval (for example, 1 μs). Information on the presence or absence of photocurrent pulses for all matrix photodiodes at an elementary time interval is transmitted by the reading circuit to analyzer 3. Depending on the current values of the average frequency of the pulses caused by the quantum flux of the signal and the average frequency of dark pulses, the analyzer sets the size of groups 5 and the number of photodiodes, in which the analyzer leaves the values corresponding to the presence of pulses according to the coincidence criterion, i.e. only in the presence of pulses on an elementary time interval in all photodiodes of a given quantity with given coordinates as part of group 5. The absence of at least one pulse in this combination puts this combination into an empty state. This procedure is repeated in all combinations of k photodiodes of all groups with N photodiodes in each group at all elementary intervals for a given observation time.
При интенсивности потока квантов, выражаемой их частотой: сигнальной fS, темновой fN, при количестве k фотодиодов, проверяемых на совпадение в группе из N фотодиодов, длительности элементарного интервала времени t, времени наблюдения Т, количестве элементарных интервалов во времени наблюдения T/t, допустимой вероятности ошибки, т.е. принятия за сигнал темнового импульса или пропуска сигнального импульса, δ, данное устройство обеспечивает следующее улучшение пороговой чувствительности.At a quantum flux intensity expressed by their frequency: signal f S , dark f N , with the number of k photodiodes checked for coincidence in a group of N photodiodes, the duration of the elementary time interval t, the observation time T, the number of elementary intervals in the observation time T / t the permissible error probability, i.e. taking a dark pulse as a signal or skipping a signal pulse, δ, this device provides the following improvement in threshold sensitivity.
Максимальная длительность безошибочного наблюдения определяется неравенствомThe maximum duration of error-free observation is determined by the inequality
T/t≤=δ[tfN]kCN K T / t≤ = δ [tf N ] k C N K
из которого следует, что она быстро растет с увеличением k(tfN<<1, t=10-7 с, fN=102 Гц, СN K - число сочетаний из N по k, когда число фотодиодов N в группе больше k). Минимальный (пороговый) уровень интенсивности сигнала при вероятности ошибки δ и максимальной длительности безошибочного наблюдения определяется неравенствомfrom which it follows that it grows rapidly with increasing k (tf N << 1, t = 10 -7 s, f N = 10 2 Hz, C N K is the number of combinations from N to k, when the number of photodiodes N in the group is greater k). The minimum (threshold) level of signal intensity with the probability of error δ and the maximum duration of error-free observation is determined by the inequality
fS/fN>=(-10lnδ/δ)1/k,f S / f N > = (- 10lnδ / δ) 1 / k ,
из которого следует, что он быстро снижается с ростом k. Так, при вероятности ошибки δ=10-5 и при k=N=1, 2, 3, 4 соответственно fS/fN=107, 3·103, 2.5·102, 50.from which it follows that it decreases rapidly with increasing k. So, with an error probability of δ = 10 -5 and with k = N = 1, 2, 3, 4, respectively, f S / f N = 10 7 , 3 · 10 3 , 2.5 · 10 2 , 50.
Настоящее описание изобретения, в т.ч. состава и работы устройства, включая предлагаемый вариант его исполнения, предполагает его дальнейшее возможное совершенствование специалистами и не содержит каких-либо ограничений в части реализаций. Все притязания сформулированы исключительно в формуле изобретения.The present description of the invention, including the composition and operation of the device, including the proposed version of its execution, involves its further possible improvement by specialists and does not contain any restrictions on the implementation. All claims are formulated solely in the claims.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006146335/28A RU2333514C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Spectrometric gamma detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006146335/28A RU2333514C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Spectrometric gamma detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2333514C1 true RU2333514C1 (en) | 2008-09-10 |
Family
ID=39867030
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006146335/28A RU2333514C1 (en) | 2006-12-26 | 2006-12-26 | Spectrometric gamma detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2333514C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538030C2 (en) * | 2009-04-22 | 2015-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Measuring visualisation system with printed array of organic photodiodes |
| RU2542588C2 (en) * | 2009-09-08 | 2015-02-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Measurement system of image generation with print matrix of photodetectors |
-
2006
- 2006-12-26 RU RU2006146335/28A patent/RU2333514C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HIROKAZU MAESAKA, The K2K SciBar Detector. Proceedings of the KEK-RCNP International School and Mini-workshop for Scintillating Crystals and their Application in Particle and Nuclear Physics. KEK, Tsukuba, Japan, 2003, p.185-198. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2538030C2 (en) * | 2009-04-22 | 2015-01-10 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Measuring visualisation system with printed array of organic photodiodes |
| RU2542588C2 (en) * | 2009-09-08 | 2015-02-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Measurement system of image generation with print matrix of photodetectors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7388206B2 (en) | Pulse shape discrimination method and apparatus for high-sensitivity radioisotope identification with an integrated neutron-gamma radiation detector | |
| US8723132B2 (en) | Single photon radiation detector | |
| US4893015A (en) | Dual mode radiographic measurement method and device | |
| EP2071359A2 (en) | Integrated Neutron-Gamma Radiation Detector with Adaptively Selected Gamma Threshold | |
| CN104247399A (en) | Semiconductor photodetection device and radiation detection apparatus | |
| KR20170131461A (en) | Multi-energy detector | |
| US8232530B2 (en) | Solid state neutron detector | |
| KR102182318B1 (en) | A device that fuses a dual particle image based on the coded-aperture | |
| CN111896991A (en) | Radiation imaging detection method and device | |
| CN106842277B (en) | Stacking event processing method and device | |
| RU2333514C1 (en) | Spectrometric gamma detector | |
| Galimberti et al. | A low cost environmental ionizing radiation detector based on COTS CMOS image sensors | |
| US6512232B2 (en) | Method and apparatus for improving the sensitivity of a gamma camera | |
| US11163076B2 (en) | Method for the detection of neutrons with scintillation detectors used for gamma ray spectroscopy | |
| WO2023118834A1 (en) | Improved digital silicon photomultiplier | |
| Tomita et al. | X-ray color scanner with multiple energy differentiate capability | |
| US20230063565A1 (en) | A computer-implemented method for identifying and localizing radiation events and a pixilated radiation detector for carrying out the method | |
| KR102280128B1 (en) | Method and apparatus for identifying radionuclides | |
| RU2158011C2 (en) | Neutron and gamma-ray recording detector | |
| WO2017216723A1 (en) | Two-dimension, high spatial resolution detector of thermal and subthermal neutrons based on ccd and cmos electronic sensors, and a converter containing gadolinium | |
| US8729481B2 (en) | Radiation diagnosis apparatus | |
| Michelsburg et al. | Measuring ionizing radiation with a mobile device | |
| WO2021136562A1 (en) | Device for measuring the mixed radiation field of photons and neutrons | |
| EP4330729A1 (en) | System and method to count neutrons | |
| KR20220056604A (en) | Multiplexing signal processing system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101227 |