RU2365944C1 - Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration - Google Patents

Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration Download PDF

Info

Publication number
RU2365944C1
RU2365944C1 RU2008106342/28A RU2008106342A RU2365944C1 RU 2365944 C1 RU2365944 C1 RU 2365944C1 RU 2008106342/28 A RU2008106342/28 A RU 2008106342/28A RU 2008106342 A RU2008106342 A RU 2008106342A RU 2365944 C1 RU2365944 C1 RU 2365944C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
cherenkov
detector
light
avalanche
Prior art date
Application number
RU2008106342/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Зият Абдуллович Альбиков (RU)
Зият Абдуллович Альбиков
Константин Николаевич Даниленко (RU)
Константин Николаевич Даниленко
Олег Васильевич Мельник (RU)
Олег Васильевич Мельник
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ) filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (ФГУП НИИИТ)
Priority to RU2008106342/28A priority Critical patent/RU2365944C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2365944C1 publication Critical patent/RU2365944C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention concerns equipment for registration of an ionising radiation flux of a unitary process of nano - and subnanosecond duration and can be used at registration of high-energy gammas at low fluence rate. The technical result in the Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano - and subnanosecond duration, containing a converter (γ,e), a gas radiator, a rotary mirror and a light-receiving element, is reached because the light-receiving element of avalanche type, with the time resolution ~ 0.1 nc, not dependent on its photoresponsive area, is mounted after the rotary mirror, and the photoresponsive area Spa of the avalanche type light-receiving element corresponds to the area of a cross section of the gas radiator Srad., i.e. Spa. ~ Srad, electrical leads of the avalanche type light-receiving element are connected to the multichannel time analyser through a cable, and also that the light-receiving element of avalanche type is executed in a kind of the gas-filled spark counter containing mixed gas (C2H2F4+10%SF6) in gas volume, from a light source a translucent grid, a dielectric plate from glass with the photocathode (CsJ) placed on it, and a metal anode.
EFFECT: increase of Cherenkov's detector sensitivity.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к технике регистрации потока ионизирующего излучения однократного процесса нано- и субнаносекундной длительности и может быть использовано при регистрации гамма-квантов большой энергии при малой плотности потока.The invention relates to a technique for recording a stream of ionizing radiation of a single process of nano- and subnanosecond duration and can be used when registering high energy gamma quanta at a low flux density.

Известен детектор Черенкова с газовым радиатором (ДЧГ) /1/, выполненный в виде полого цилиндра, заполненного газом, по оси которого последовательно расположены (γ, е) - конвертор из Be, радиатор в виде газа CO2, система сбора света из плоских и сферических зеркал и фотодетектора в виде фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).The well-known Cherenkov detector with a gas radiator (DCH) / 1 /, made in the form of a hollow cylinder filled with gas, along the axis of which (γ, e) are sequentially a Be converter, a radiator in the form of CO 2 gas, a system for collecting light from plane and spherical mirrors and photodetector in the form of a photomultiplier tube (PMT).

Недостатком детектора /1/ является недостаточное временное разрешение, составляющее ~0,35 нс при требуемом значении ~0,1 нс. Для реализации временного разрешения ~0,1 нс при большой чувствительности необходимо собрать оптические кванты, генерируемые в газовом радиаторе диаметром ~10 см, в пятно размером The disadvantage of the detector / 1 / is the insufficient temporal resolution of ~ 0.35 ns at the required value of ~ 0.1 ns. To implement a time resolution of ~ 0.1 ns at high sensitivity, it is necessary to collect the optical quanta generated in a gas radiator with a diameter of ~ 10 cm into a spot of size

~1 мм2, что дает возможность использования электронно-оптического преобразователя (ЭОП) с временным разрешением <10-10 с. В конструкции детектора /1/ система сбора света из-за высокой анизотропии излучения Черенкова обеспечивает его сбор лишь в пятно диаметром ~15 мм, что привело к необходимости использования в качестве фотодетектора фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) с временным разрешением ~0,35 нс. Таким образом, детектор, приведенный в /1/, имеет относительно низкую чувствительность и временное разрешение.~ 1 mm 2 , which makes it possible to use an electron-optical converter (EOC) with a time resolution of <10 -10 s. Due to the high anisotropy of Cherenkov radiation in the detector design / 1 /, the light collection system ensures its collection only into a spot with a diameter of ~ 15 mm, which led to the necessity of using a photo-electron multiplier (PMT) with a time resolution of ~ 0.35 ns as a photodetector. Thus, the detector given in / 1 / has a relatively low sensitivity and temporal resolution.

Известен пороговый газовый черенковский детектор /2/, содержащий газовый радиатор, светособирающую систему и фотоэлектронный преобразователь. В детекторе /2/ в качестве радиатора использована смесь углекислого газа СО2 и элегаза SF6 с соотношением парциальных давлений от 1:9 до 1:11, что дало возможность уменьшить люминесценцию газового радиатора и тем самым привело к существенному увеличению отношения числа оптических квантов Черенкова к фоновым квантам от сцинтилляции газа на единицу поглощенной энергии быстрого электрона и, как следствие, к повышению чувствительности ДЧГ. Для измерений с временным разрешением <0,1 нс в качестве фотодетектора (необходимо) использован ЭОП, имеющий входное окно площадью ~(1-5) мм2. Однако и в этой работе оптическая система сбора излучения Черенкова неэффективна из-за большой анизотропии излучения Черенкова и при сечении радиатора ~100 см2 не может собрать все излучение Черенкова в малое пятно. По этой причине детектор /2/ не может обеспечить одновременно и высокую чувствительность, и высокое временное разрешение.Known threshold gas Cherenkov detector / 2 / containing a gas radiator, a light-collecting system and a photoelectric converter. In the detector / 2 /, a mixture of carbon dioxide CO 2 and SF 6 gas with a partial pressure ratio of 1: 9 to 1:11 was used as a radiator, which made it possible to reduce the luminescence of the gas radiator and thereby led to a significant increase in the ratio of the number of Cherenkov optical quanta to the background quanta from gas scintillation per unit of absorbed energy of a fast electron and, as a result, to an increase in the sensitivity of JFG. For measurements with a time resolution of <0.1 ns, an image intensifier tube (with an input window with an area of ~ (1-5) mm 2 ) was used as a photodetector (necessary). However, even in this work, the optical system for collecting Cherenkov radiation is inefficient due to the large anisotropy of Cherenkov radiation and, at a radiator cross section of ~ 100 cm 2, cannot collect all Cherenkov radiation into a small spot. For this reason, the detector / 2 / cannot provide both high sensitivity and high temporal resolution.

Наиболее близким техническим решением к данному предложению является детектор Черенкова для регистрации импульсов ионизирующего излучения субнаносекундного диапазона, содержащий (γ, е) конвертор, газовый радиатор, поворотное зеркало и фотодетектор /2/. Как уже отмечалось выше, недостатком детектора /2/ является низкая чувствительность, определяемая неэффективным сбором оптических квантов Черенкова (1~2%).The closest technical solution to this proposal is the Cherenkov detector for detecting pulses of ionizing radiation of the subnanosecond range, containing (γ, e) converter, gas radiator, rotary mirror and photodetector / 2 /. As noted above, the disadvantage of the detector / 2 / is its low sensitivity, which is determined by the inefficient collection of Cherenkov optical quanta (1 ~ 2%).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чувствительности детектора Черенкова благодаря существенному повышению эффективности сбора оптических квантов Черенкова, генерируемых во всем объеме газового радиатора, при обеспечении временного разрешения ~0,1 нс.The technical result of the invention is to increase the sensitivity of the Cherenkov detector due to a significant increase in the collection efficiency of Cherenkov optical quanta generated in the entire volume of the gas radiator, while providing a temporal resolution of ~ 0.1 ns.

Технический результат в детекторе Черенкова для регистрации импульсов гамма-излучения нано- и субнаносекундной длительности, содержащем (γ, е) конвертор, газовый радиатор, поворотное зеркало и фотодетектор, выходы которого через коаксиальные кабели соединены с многоканальным временным анализатором, достигается тем, что фотодетектор лавинного типа с временным разрешением ~0,1 нс, не зависящим от его фоточувствительной площади, установлен после поворотного зеркала, причем фоточувствительная площадь Sфл фотодетектора лавинного типа соответствует площади поперечного сечения газового радиатора Sрад, т.е. Sфл~Sрад.The technical result in the Cherenkov detector for detecting gamma radiation pulses of nano- and subnanosecond duration, containing (γ, e) a converter, a gas radiator, a rotary mirror and a photo detector, the outputs of which are connected through a coaxial cable to a multi-channel time analyzer, by the fact that the avalanche photodetector type with a time resolution of about 0.1 ns does not depend on its photosensitive area is set after the rotary mirror, and the photosensitive area S fl photodetector of avalanche-type soot etstvuet cross-sectional area of the gas radiator S rad, i.e. S fl ~ S glad .

Технический результат достигается также тем, что фотодетектор лавинного типа выполнен в виде газонаполненного искрового счетчика, содержащего в газовом объеме газовую смесь (C2H2F4+10% SF6), со стороны источника света - полупрозрачную сетку, диэлектрическую пластину из стекла, на которую нанесен фотокатод (CsJ), и металлический анод.The technical result is also achieved by the fact that the avalanche type photodetector is made in the form of a gas-filled spark counter containing a gas mixture in the gas volume (C 2 H 2 F 4 + 10% SF 6 ), from the side of the light source a translucent grid, a dielectric plate made of glass, on which a photocathode (CsJ) is applied, and a metal anode.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в детекторе Черенкова обеспечен максимально полный сбор оптических квантов. Конструктивно это решено использованием определенных типов фотодетекторов лавинного типа и выполнением фоточувствительной площади сечения Sфл фотодетектора, соответствующей площади поперечного сечения радиатора Sфл~Sрад.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that the Cherenkov detector provides the most complete collection of optical quanta. Structurally, this was solved by using certain types of avalanche-type photodetectors and performing a photosensitive cross-sectional area S fl of the photodetector corresponding to the cross-sectional area of the radiator S fl ~ S rad .

Схематично предлагаемое устройство представлено на фиг.1, а на фиг.2 представлен один из возможных вариантов фотодетектора лавинного типа, выполненного в виде газонаполненного искрового счетчика. На фиг.3 представлена расчетная импульсная характеристика одного канала фотодетектора лавинного типа, выполненного в виде газонаполненного искрового счетчика. По оси X отложено время T нарастания выходного сигнала с одного виртуального канала в долях 10-9 с при расстоянии между анодом и катодом d=0,2 мм и скорости движения лавины ~2×108 мм/с, по оси ординат М - коэффициент умножения в лавине; t=0 - момент вылета электрона из катода. На фиг.4 приведена расчетная импульсная характеристика сбора световых квантов излучения Черенкова в плоскости фотодетектора лавинного типа для конструкции предлагаемого детектора при длине радиатора 100 см и диаметре ~10 см.Schematically, the proposed device is presented in figure 1, and figure 2 presents one of the possible options for the avalanche type photodetector, made in the form of a gas-filled spark counter. Figure 3 presents the calculated impulse response of one channel of the avalanche type photodetector, made in the form of a gas-filled spark counter. The axis X shows the time T of the increase in the output signal from one virtual channel in fractions of 10 -9 s at a distance between the anode and cathode d = 0.2 mm and an avalanche speed of ~ 2 × 10 8 mm / s, and the ordinate M is the coefficient multiplications in an avalanche; t = 0 is the moment of electron escape from the cathode. Figure 4 shows the calculated impulse response of the collection of light quanta of Cherenkov radiation in the plane of the avalanche type photodetector for the design of the proposed detector with a radiator length of 100 cm and a diameter of ~ 10 cm

Принятые обозначения. На фиг.1: конвертор 1, газовый радиатор 2, поворотное зеркало 3, многоканальный фотодетектор 4, многоканальный временной анализатор 5. На фиг.2: металлический бокс 6, металлическая сетка 7, стекло 8, фотокатод 9, анод 10, газ (C2H2F4+10% SF6) обозначен позицией 11, коаксиальный кабель 12.Accepted designations. In Fig. 1: converter 1, gas radiator 2, rotary mirror 3, multichannel photodetector 4, multichannel time analyzer 5. In Fig.2: metal box 6, metal mesh 7, glass 8, photocathode 9, anode 10, gas (C 2 H 2 F 4 + 10% SF 6 ) is indicated by 11, coaxial cable 12.

Анод 10 может быть выполнен в виде диэлектрической пластины с нанесенными на нее металлическими полосковыми линиями, по которым осуществляется съем электрических импульсов от каналов фотодетектора 4.The anode 10 can be made in the form of a dielectric plate with metal strip lines deposited on it, along which electrical pulses are removed from the channels of the photodetector 4.

Как уже отмечалось выше, поток оптических квантов излучения Черенкова измеряется фотодетектором 4 лавинного типа практически со всей площади газового радиатора, причем временное разрешение фотодетектора не зависит от его площади. Фотодетектор не может быть одноканальным, так как при большой его фоточувствительной площади временное разрешение, определяемое значением RC выходной цепи, будет существенно превышать величину ~10-10 с. Поэтому предложено использовать фотодетектор лавинного типа, например, выполненный в виде 2-электродной плоской искровой камеры, один электрод которой выполнен из стекла /3/, с нанесенным на него изнутри слоем CsJ. При падении на фотокатод оптического кванта из него вылетает электрон с малой энергией (~ эВ), который попадает в сильное электрическое поле с напряженностью Е~105 В/см, создаваемое соответствующими напряжениями на сетке 7 и аноде 10, и при движении электрона со скоростью v~2·107 см/с происходит лавинное нарастание его электрического заряда со скоростью α~1010 l/с до значения q~10-13 Кл, достаточного для его регистрации с дисперсией временной отметки <10-10 с. При этом поперечное сечение лавины <1 мм2, которое можно рассматривать как предельный размер виртуального канала многоканального фотодетектора. Таким образом, в фотодетекторе лавинного типа каналы преобразования света в электрический заряд образуются в результате развития множества лавин, поперечное сечение каждой из которых имеет малую площадь <1 мм2 /3/. Каждый канал является независимым детектором с высоким временным разрешением. Фотодетектор 4 становится многоканальным детектором. При этом чувствительность фотодетектора 4 лавинного типа будет определяться общей фоточувствительной площадью, а временное разрешение - временным разрешением одного канала.As noted above, the flux of optical quanta of Cherenkov radiation is measured by an avalanche-type photodetector 4 from practically the entire area of the gas radiator, and the time resolution of the photodetector is independent of its area. A photodetector cannot be single-channel, since with a large photosensitive area, the time resolution determined by the RC value of the output circuit will significantly exceed ~ 10 -10 s. Therefore, it is proposed to use an avalanche type photodetector, for example, made in the form of a 2-electrode flat spark chamber, one electrode of which is made of glass / 3 /, with a CsJ layer deposited on it from the inside. When an optical quantum is incident on the photocathode, an electron with a low energy (~ eV) flies out of it, which enters a strong electric field with a voltage of E ~ 10 5 V / cm, created by the corresponding voltages on the grid 7 and anode 10, and when the electron moves at a speed v ~ 2 · 10 7 cm / s, there is an avalanche increase in its electric charge at a rate of α ~ 10 10 l / s to a value of q ~ 10 -13 C, sufficient for its registration with a time stamp dispersion of <10 -10 s. Moreover, the avalanche cross section is <1 mm 2 , which can be considered as the limiting size of the virtual channel of a multichannel photodetector. Thus, the avalanche type photo detector transform Channels light into an electric charge formed by the plurality of avalanches, the cross section of each of which has a small area <1 mm 2/3 /. Each channel is an independent detector with a high time resolution. The photo detector 4 becomes a multi-channel detector. In this case, the sensitivity of the avalanche type photodetector 4 will be determined by the total photosensitive area, and the time resolution will be determined by the time resolution of one channel.

В прелагаемом техническом решении осуществлен счетный метод измерения потока гамма-квантов Φγ(t), т.е. измерение временного распределения оптических квантов, когда импульс тока на выходе канала - i(t) есть его реакция на взаимодействие с одним квантом в момент tk:In the proposed technical solution, a countable method for measuring the flux of gamma rays Φ γ (t) is implemented, i.e. measuring the temporal distribution of optical quanta, when the current pulse at the channel output - i (t) is its reaction to interaction with one quantum at time t k :

Figure 00000001
Figure 00000001

где g(t) - импyльcнaя характеристика фотодетектора 4, равная импульсу тока на его выходе после взаимодействия с одним квантом (частицей), ак - амплитуда импульса.where g (t) is the impulse response of photodetector 4, equal to the current pulse at its output after interacting with one quantum (particle), and k is the pulse amplitude.

Отсюда определяются требования к каналам фотодетектора лавинного типа:Hence, the requirements for the avalanche-type photodetector channels are determined:

- амплитуда тока на выходе канала - ак, должна быть достаточной для его временного фиксирования в многоканальном амплитудном анализаторе (МВА),- the amplitude of the current at the channel output - a k , should be sufficient for its temporary fixation in a multichannel amplitude analyzer (MVA),

- число каналов в фотодетекторе лавинного типа должно быть велико, чтобы при регистрации квантов изменение чувствительности измерений было незначительным. Это означает, что фоточувствительная площадь одного канала Sфк много меньше фоточувствительной области многоканального фотодетектора Sфд, т.е. Sфк<Sфд.- the number of channels in the avalanche-type photodetector should be large so that when recording quanta, the change in the measurement sensitivity is insignificant. This means that the photosensitive area of one channel S fc is much smaller than the photosensitive region of the multi-channel photodetector S fd , i.e. S FC <S PD.

Из этих требований следует, что канал фотодетектора лавинного типа должен иметь коэффициент внутреннего размножения - М~106 первичного заряда qi=1,6·10-19 Кл - при регистрации оптического кванта фотодетектором.From these requirements it follows that the avalanche-type photodetector channel must have an internal reproduction coefficient — M ~ 10 6 of the primary charge q i = 1.6 · 10 -19 C — when registering an optical quantum with a photodetector.

На сегодняшний день известны два типа детекторов, которые имеют временное разрешение <10-9 с, малые размеры канала ~(10-2-10-4) мм2 и коэффициент умножения М~106:To date, two types of detectors are known that have a temporal resolution <10 -9 s, small channel sizes ~ (10 -2 -10 -4 ) mm 2 and a multiplication factor M ~ 10 6 :

- газонаполненные искровые счетчики, из которых наиболее приемлемым является 2-электродная камера /3/, один из электродов которой выполнен из диэлектрической пластины (RPC - resistive plate chamber) с сопротивлением в диапазоне ρ~108÷1012 Ом·см и размером виртуального элемента ~10-4 см2 с временным разрешением ~10-10 с при использовании в лавинном режиме размножения. Такие искровые счетчики успешно применяются в экспериментах по физике высоких энергий для измерения энергии слабоионизирующих частиц (µ-мезоны и др.),- gas-filled spark meters, of which the most acceptable is a 2-electrode chamber / 3 /, one of the electrodes of which is made of a dielectric plate (RPC - resistive plate chamber) with a resistance in the range ρ ~ 10 8 ÷ 10 12 Ohm · cm and the size of the virtual element ~ 10 -4 cm 2 with a time resolution of ~ 10 -10 s when used in the avalanche mode of reproduction. Such spark counters are successfully used in experiments in high-energy physics to measure the energy of weakly ionizing particles (μ mesons, etc.),

- полупроводниковые кремниевые фотодиоды (SiPM) /4/, работающие в гейгеровском режиме измерения с размером ~1 мм, временным разрешением по фронту импульса ~10-10 с и умножением М~106.- semiconductor silicon photodiodes (SiPM) / 4 /, operating in the Geiger mode of measurement with a size of ~ 1 mm, a temporal resolution along the pulse front of ~ 10 -10 s and multiplication of M ~ 10 6 .

Предлагаемый детектор Черенкова для регистрации импульсов ионизирующего излучения субнаносекундного диапазона работает следующим образом. Из источника импульсного гамма-излучения (например, из ДТ-мишени инерциальной термоядерной установки) на (γ, е) - конвертор 1 падает параллельный поток гамма-квантов с энергией Еγ=16,75 МэВ. Такие гамма-кванты рождаются в результате синтеза (dt)-ядер в ~10-4 случаях относительно рождения ДТ-нейтронов с Еn=14,1 МэВ; поэтому их число невелико и необходим детектор высокой чувствительности. В результате реакций рассеяния гамма-квантов и рождения пар (электрон-позитрон) из конвертора 1 вылетают быстрые электроны, в основном в направлении движения первичных гамма-квантов, которые вызывают в объеме газового радиатора 2 свечение Черенкова - поток оптических квантов - hν в направлении потока быстрых электронов. При давлении газа (SF6+CO2)~1,5 атм, пороговая энергия электронов для свечения излучения Черенкова равна ~10 МэВ, что позволяет эффективно отсечь все фоновые гаммакванты. Поворотное зеркало 3 меняет направление оптических квантов излучения Черенкова на угол 90°, что защищает фотодетектор лавинного типа 4 от прямого облучения его гамма-квантами источника. Возникшие в объеме радиатора 2 оптические кванты hν, после рассеяния на поворотном зеркале 3, падают на фотодетектор лавинного типа 4, выполненный, например, как это представлено в /3/. Фотодетектор может быть выполнен с площадью ~3 см2, временным разрешением ~10-10 с (при R=10 Ω) и коэффициентом умножения одного фотоэлектрона М=106 и работает следующим образом: при падении на фотокатод 9 оптического кванта из него вылетает электрон с малой энергией (~ эВ), который попадает в сильное электрическое поле с Е~105 В/см, создаваемое соответствующими напряжениями на сетке 7 и аноде 10, и при движении электрона со скоростью v~2·107 см/с происходит лавинное нарастание его электрического заряда со скоростью α~1010 l/с до значения q~10-13 Кл. При движении этого заряда со скоростью ~2×107 см/с в промежутке d=0,03 см на электродах полосковой линии анода 10 наводится токовый сигнал i=(10-13×2×l07)/0,03~0,7×10-4 А, достаточный его обработки в МВА 5. Из приведенной на фиг.4 расчетной импульсной характеристики фотодетектора 4 следует, что ее ширина на половине высоты составляет 1,2×10-10 с.The proposed Cherenkov detector for detecting pulses of ionizing radiation of the subnanosecond range works as follows. From a source of pulsed gamma radiation (for example, from a DT target of an inertial thermonuclear installation) onto (γ, e) - converter 1, a parallel stream of gamma rays with an energy E γ = 16.75 MeV is incident. Such gamma rays are produced as a result of the synthesis of (dt) nuclei in ~ 10 -4 cases relative to the production of DT neutrons with E n = 14.1 MeV; therefore, their number is small and a high sensitivity detector is needed. As a result of gamma-ray scattering and pair production (electron-positron) reactions, fast electrons fly out of converter 1, mainly in the direction of movement of the primary gamma-quanta, which cause Cherenkov glow in the volume of the gas radiator 2 - the flow of optical quanta - hν in the direction of flow fast electrons. At a gas pressure (SF 6 + CO 2 ) ~ 1.5 atm, the threshold electron energy for the emission of Cherenkov radiation is ~ 10 MeV, which makes it possible to effectively cut off all background gamma quanta. The rotary mirror 3 changes the direction of the optical quanta of Cherenkov radiation by an angle of 90 °, which protects the avalanche-type photodetector 4 from direct exposure to its source gamma-quanta. The optical quanta hν that arose in the volume of the radiator 2, after scattering by the rotary mirror 3, fall on the avalanche-type photodetector 4, made, for example, as shown in / 3 /. The photodetector can be made with an area of ~ 3 cm 2 , a time resolution of ~ 10 -10 s (at R = 10 Ω) and a multiplication coefficient of one photoelectron M = 10 6 and works as follows: when an optical quantum falls on the photocathode 9, an electron flies out of it with low energy (~ eV), which enters a strong electric field with E ~ 10 5 V / cm, created by the corresponding voltages on the grid 7 and anode 10, and when the electron moves at a speed of v ~ 2 · 10 7 cm / s an increase in its electric charge at a rate of α ~ 10 10 l / s to a value of q ~ 10 -13 C. When this charge moves at a speed of ~ 2 × 10 7 cm / s in the interval d = 0.03 cm, a current signal i = (10 -13 × 2 × l0 7 ) / 0.03 ~ 0 is induced on the electrodes of the strip line of the anode 10 7 × 10 -4 A, sufficient for its processing in MVA 5. From the calculated impulse response of photodetector 4 shown in Fig. 4, it follows that its width at half height is 1.2 × 10 -10 s.

Временное разрешение детектора определяется следующими независимыми составляющими:The time resolution of the detector is determined by the following independent components:

собственное время сбора света в конструкции ДЧГ (фиг.3)proper time of light collection in the design of the DCHG (figure 3) 10 пс10 ps дисперсией времени пролета в RPC (фиг.4)the dispersion of the time of flight in the RPC (figure 4) 50 пс50 ps разбросом времени сбора сигналов на выходной кабель scatter in the time of collection of signals to the output cable ~20 пс~ 20 ps погрешность времени срабатывания входного дискриминатора многоканального временного анализатораerror of response time of the input discriminator of a multichannel time analyzer ~100 пс~ 100 ps

В результате временное разрешение составляет (102+502+202+1002)0,5~115 пс.As a result, the temporal resolution is (10 2 +50 2 +20 2 +100 2 ) 0.5 ~ 115 ps.

Расчетная импульсная характеристика (фиг.4) сбора световых квантов излучения Черенкова в плоскости многоканального фотодетектора hν для конструкции детектора Черенкова при длине радиатора 100 см и диаметре ~10 см подтверждает достигаемый положительный эффект: временное разрешение детектора ~0,1 нс и существенное повышение чувствительности - в ~(50-60) раз благодаря сбору оптических квантов Черенкова практически со всего объема радиатора.The calculated impulse response (Fig. 4) of the collection of light quanta of Cherenkov radiation in the plane of a multi-channel photodetector hν for the design of the Cherenkov detector with a radiator length of 100 cm and a diameter of ~ 10 cm confirms the achieved positive effect: the detector’s temporal resolution is ~ 0.1 ns and a significant increase in sensitivity ~ (50-60) times due to the collection of Cherenkov optical quanta from practically the entire radiator volume.

Таким образом, предлагаемый детектор Черенкова для регистрации импульсов ионизирующего излучения имеет чувствительность, превышающую чувствительность прототипа, ~50 раз при обеспечении высокого временного разрешения.Thus, the proposed Cherenkov detector for detecting pulses of ionizing radiation has a sensitivity exceeding the sensitivity of the prototype, ~ 50 times while ensuring high temporal resolution.

ЛитератураLiterature

1. J.М.Mack, R.R.Berggren, S.E.Caldwell, S.C.Evans, J.R.Faulkner Jr., R.A.Lerche, J.A.Oertel, C.S.Young. Observation of high-energy deuterium-tritium fusion Gamma rays using gas Cherenkov detectors, NIM, A 513 (2003), 566-572.1. J. M. Mack, R. R. Berggren, S. E. Caldwell, S. C. Evans, J. R. Faulkner Jr., R. A. Lerche, J. A. Oertel, C. S. Young. Observation of high-energy deuterium-tritium fusion Gamma rays using gas Cherenkov detectors, NIM, A 513 (2003), 566-572.

2. Альбиков З.A., Даниленко К.H., Казачков Ю.П., Мельник O.B «Пороговый газовый Черенковский детектор», Патент РФ №2263331 от 22.06.2004 г. - прототип.2. Albikov Z.A., Danilenko K.H., Kazachkov Yu.P., Melnik O.B “Threshold gas Cherenkov detector”, RF Patent No. 2263331 dated 06/22/2004 - prototype.

3. P.Fonte. "Applications and New Developments in RPS". IEEE Trans. On Nucl. Science, Vol.49, №. 3, June 2002.3. P.Fonte. "Applications and New Developments in RPS". IEEE Trans. On nucl. Science, Vol. 49, No. June 3, 2002.

4. A.Biland, I.Britvitch et al. "First detection of Cherenkov light from cosmic-particle induced air showers by Geiger-mode avalanche photodioes." Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. Vol.581, iss.1-2, pp.143-146, 2007.4. A. Biland, I. Britvitch et al. "First detection of Cherenkov light from cosmic-particle induced air showers by Geiger-mode avalanche photodioes." Nucl. Instr. and Meth. In phys. Res. Vol. 581, iss. 1-2, pp. 143-146, 2007.

Claims (2)

1. Детектор Черенкова для регистрации импульсов гамма-излучения нано- и субнаносекундной длительности, содержащий (γ, е) конвертор, газовый радиатор, поворотное зеркало и фотодетектор, выходы которого через коаксиальные кабели соединены с многоканальным временным анализатором, отличающийся тем, что фотодетектор лавинного типа с временным разрешением ~10-10 с, не зависящим от его фоточувствительной площади, установлен после поворотного зеркала, причем фоточувствительная площадь Sфл фотодетектора лавинного типа соответствует площади поперечного сечения радиатора Sрад, т.е. Sфл~Sрад.1. Cherenkov detector for detecting gamma-ray pulses of nano- and subnanosecond duration, containing (γ, e) a converter, a gas radiator, a rotary mirror and a photodetector, the outputs of which are connected through a coaxial cable to a multi-channel time analyzer, characterized in that the avalanche type photodetector with a time resolution of ~ 10 -10 s, independent of its photosensitive area, is installed after the rotary mirror, and the photosensitive area S fl of the avalanche-type photodetector corresponds to the river cross section of the radiator S rad , i.e. S fl ~ S glad . 2. Детектор Черенкова по п.1, отличающийся тем, что фотодетектор лавинного типа выполнен в виде газонаполненного искрового счетчика, содержащего в газовом объеме газовую смесь (С2Н2F4+10% SF6), со стороны источника света - полупрозрачную сетку, диэлектрическую пластину из стекла, на которую нанесен фотокатод (CsJ), и металлический анод. 2. The Cherenkov detector according to claim 1, characterized in that the avalanche type photodetector is made in the form of a gas-filled spark counter containing a gas mixture in the gas volume (C 2 H 2 F 4 + 10% SF 6 ), from the side of the light source a translucent grid , a glass dielectric plate on which a photocathode (CsJ) is applied, and a metal anode.
RU2008106342/28A 2008-02-18 2008-02-18 Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration RU2365944C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106342/28A RU2365944C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008106342/28A RU2365944C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2365944C1 true RU2365944C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41149985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008106342/28A RU2365944C1 (en) 2008-02-18 2008-02-18 Cherenkov's detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2365944C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640851A (en) * 2021-06-24 2021-11-12 清华大学 Resistive plate cell detector sensitive to gamma photons

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MACK J.M., BERGGREN R.R., CALDWELL S.E., EVANS S.C., FAULKNER J.R. JR., LEREHE R.A., OERTEL J.A., YOUNG C.S. OBSERVATION OF HIGH-ENERGY DEUTERIUM-TRITIUM FUSION GAMMA RAYS USING GAS CHERENKOV DETECTORS, NIM, A 513 (2003), 566-572. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113640851A (en) * 2021-06-24 2021-11-12 清华大学 Resistive plate cell detector sensitive to gamma photons

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nakhostin Signal processing for radiation detectors
JP6381638B2 (en) Semiconductor scintillation detector
CN110082368B (en) Positron annihilation life spectrometer based on silicon photomultiplier (SiPM)
US7619199B2 (en) Time-resolved measurement apparatus and position-sensitive election multiplier tube
US8766206B2 (en) Neutron detection based on energy spectrum characteristics
Galindo et al. Calibration of a large water-Cherenkov detector at the Sierra Negra site of LAGO
CN113419270B (en) Online filter stack spectrometer
RU2365944C1 (en) Cherenkov&#39;s detector for registration of gamma emission impulses of nano- and subnanosecond duration
RU2597668C1 (en) Method of suppressing avalanche noise in spectrometers with slow scintillators and silicon photoelectron multipliers
Takasaki et al. Performance of a photomultiplier tube with transmissive dynodes in a high magnetic field
CN207165513U (en) A kind of multichannel hard X ray detects photocathode
Nguyen Experimental study on hard radiation from long laboratory spark discharges in air
Hutchinson et al. Position-sensitive scintillation neutron detectors using a crossed-fiber optic readout array
Pellegrin et al. A multichannel nanoparticle scintillation microdevice with integrated waveguides for alpha, beta, gamma, x-ray, and neutron detection
Dangendorf et al. Time-resolved fast-neutron imaging with a pulse-counting image intensifier
RU2775811C1 (en) Detection unit for registration of gamma-quantum radiation
Anton et al. A hybrid photodetector using the Timepix semiconductor assembly for photoelectron detection
WO2004090571A1 (en) Radiation detector
Tremsin et al. High efficiency angular selective detection of thermal and cold neutrons
Seitz et al. Modern Neutron Detectors with Fast Timing Resolution
Ushakov et al. Evaluation of large area photomultipliers for use in a new Baksan Large Neutrino Telescope project
Merzi Novel applications of FBK SiPMs in the detection of low energy ionizing radiation
Wagenaar et al. A bismuth germanate gamma-ray spectrometer with a plastic anticoincidence shield
Amaudruz et al. Investigation of liquid xenon detectors for PET: simultaneous reconstruction of light and charge signals from 511 keV photons
Jain Muon Track Reconstruction

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20100915

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170219