RU2373555C2

RU2373555C2 - Detector

Info

Publication number: RU2373555C2
Application number: RU2008100693/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Боголюбов (RU); Евгений Петрович Боголюбов; Виталий Иванович Микеров (RU); Виталий Иванович Микеров; Александр Павлович Кошелев (RU); Александр Павлович Кошелев
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-11-20
Also published as: RU2008100693A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to technology of detecting radiation in radiation monitoring for searching for sources and determination of the direction of radiation (bearing). The detector includes at least three layers of cylindrical plastic scintillators, the cylindrical plastic scintillator of each layer is placed in the depression between cylindrical plastic scintillators of the neighbouring row, at the ends of the cylindrical plastic scintillators there are photodiodes, which are connected to an electronic circuit for generating an analogue signal, digitising said signal and transmitting it to an output register with indication of the time of arrival and amplitude of the signal, and the number of the cylindrical plastic scintillator.

EFFECT: simpler design, faster operation, possibility of determining not only presence of radiation, but direction of motion of fast neutrons.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике регистрации релятивистских заряженных частиц, например мюонов и протонов, мюонной или протонной радиографии и томографии.The invention relates to techniques for recording relativistic charged particles, for example muons and protons, muon or proton radiography and tomography.

Известно устройство для преобразования оптического излучения, содержащее фотокатод, управляющий электрод, кристаллический сцинтиллятор в виде цилиндра. Сбор электронов происходит не только с торца, но и по всей боковой поверхности сцинтиллятора. Возможна непосредственная стыковка выхода сцинтиллятора с входом в волоконный световод. Патент Российской Федерации №1632272, МПК: H01J 31/50, 1996 г.A device for converting optical radiation containing a photocathode, a control electrode, a crystalline scintillator in the form of a cylinder is known. The collection of electrons occurs not only from the end, but also along the entire lateral surface of the scintillator. It is possible to directly couple the output of the scintillator to the entrance to the fiber. Patent of the Russian Federation No. 1632272, IPC: H01J 31/50, 1996

Известен дозиметр, состоящий из светонепроницаемого корпуса и помещенного в нем сцинтиллятора, выполненного в виде сектора цилиндра. Считывающее устройство выполнено в виде линзы и шкалы. По отклонению свободного конца нитевидного кристалла от первоначального положения определяют поглощенную дозу ионизирующего излучения. Патент Российской Федерации №2070332, МПК: G01 Т1/20, 1996 г.A known dosimeter consisting of a lightproof housing and a scintillator placed in it, made in the form of a sector of the cylinder. The reader is made in the form of a lens and a scale. The deviation of the free end of the whisker from its original position determines the absorbed dose of ionizing radiation. Patent of the Russian Federation No. 2070332, IPC: G01 T1 / 20, 1996

Известно устройство для поиска фотонных источников, содержащее последовательно соединенные блок индикации, блок измерения, блок сравнения и детектирующий блок, состоящий из экрана в виде цилиндра и детекторов, расположенных по образующей цилиндра, анализатора импульсов и оптоэлектронного преобразователя, соединенного электрически с анализатором и оптически с экраном, причем экран выполнен в виде сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2169380, МПК: G01T 1/16, 2001 г.A device for searching photon sources is known, comprising a display unit, a measurement unit, a comparison unit and a detecting unit consisting of a screen in the form of a cylinder and detectors arranged along a cylinder generatrix, a pulse analyzer and an optoelectronic converter connected electrically to the analyzer and optically to the screen and the screen is made in the form of a scintillator. Patent of the Russian Federation No. 2169380, IPC: G01T 1/16, 2001

Известен детектор, содержащий сцинтиллятор цилиндрической формы и фотоэлектронный умножитель, помещенные в светонепроницаемом чехле. Детектор позволяет более чем в два раза уменьшить погрешность измерений. Патент Российской Федерации №1702784. МПК: G01T 1/20, 1996 г.A known detector containing a cylindrical scintillator and a photomultiplier placed in an opaque case. The detector allows you to more than halve the measurement error. Patent of the Russian Federation No. 1702784. IPC: G01T 1/20, 1996

Известен сцинтилляционный детектор, содержащий, по крайней мере, один датчик-сцинтиблок, включающий в себя пластиковый сцинтиллятор для регистрации быстрых нейтронов, выполненный, по меньшей мере, с одним каналом и размещенным в нем волоконным световодом, светоотражающее зеркало, фотоприемное устройство, и блок электронной обработки сигналов.A scintillation detector is known, comprising at least one scintillation sensor, including a plastic scintillator for detecting fast neutrons, made with at least one channel and an optical fiber placed therein, a reflective mirror, a photodetector, and an electronic unit signal processing.

Пластиковый сцинтиллятор выполнен из органического вещества со спектром свечения в области 260-290 нм, а волоконные световоды выполнены из ортогерманата висмута. Пластиковый сцинтиллятор для регистрации быстрых нейтронов выполнен в виде призмы или цилиндра. В качестве фотоприемного устройства использован фотодиодный регистратор или многоканальный фотоумножитель. Патент Российской Федерации №2303798, МПК: G01T 1/20, 2007. Прототип.A plastic scintillator is made of organic matter with a luminescence spectrum in the region of 260-290 nm, and fiber fibers are made of bismuth orthogermanate. A plastic scintillator for detecting fast neutrons is made in the form of a prism or cylinder. As a photodetector, a photodiode recorder or multi-channel photomultiplier is used. Patent of the Russian Federation No. 2303798, IPC: G01T 1/20, 2007. Prototype.

Устройство имеет сложную конструкцию и регистрирует лишь появление быстрых нейтронов, не может реагировать на приход релятивистских заряженных частиц.The device has a complex design and registers only the appearance of fast neutrons, cannot respond to the arrival of relativistic charged particles.

Данное изобретение устраняет недостатки прототипа.This invention eliminates the disadvantages of the prototype.

Техническим результатом является упрощение конструкции, быстродействие, возможность определить не только факт излучения, но и координату, и направление движения релятивистской заряженной частицы с точностью до 300-700 мкм.The technical result is to simplify the design, speed, the ability to determine not only the fact of radiation, but also the coordinate and direction of motion of a relativistic charged particle with an accuracy of 300-700 microns.

Технический результат достигается тем, что детектор, содержащий цилиндрический пластиковый сцинтиллятор для регистрации заряженных частиц с фотоприемным устройством в виде фотодиодного регистратора, содержит, по меньшей мере, три слоя цилиндрических пластиковых сцинтилляторов, цилиндрический пластиковый сцинтиллятор каждого слоя уложен во впадины между цилиндрическими пластиковыми сцинтилляторами соседнего слоя, на торцах цилиндрических пластиковых сцинтилляторов установлены фотодиоды, соединенные с электронной платой для выработки аналогового сигнала, его оцифровки и передачи сигнала в выходной регистр с указанием времени прихода и амплитуды сигнала, номера цилиндрического пластикового сцинтиллятора. Второй комплект из трех слоев цилиндрических пластиковых сцинтилляторов уложен перпендикулярно осям первого комплекта слоев. Поверхность цилиндрического пластикового сцинтиллятора покрытаThe technical result is achieved in that the detector containing a cylindrical plastic scintillator for detecting charged particles with a photodetector in the form of a photodiode recorder contains at least three layers of cylindrical plastic scintillators, a cylindrical plastic scintillator of each layer is laid in the hollows between the cylindrical plastic scintillators of the adjacent layer , at the ends of cylindrical plastic scintillators installed photodiodes connected to an electronic board for processing of the analog signal, its digitization and signal transmission to the output register with the time of arrival and amplitude of the signal, the number of a cylindrical plastic scintillator. The second set of three layers of cylindrical plastic scintillators is laid perpendicular to the axes of the first set of layers. The surface of the cylindrical plastic scintillator is coated

светоотражающим материалом. Боковая поверхность цилиндрического пластикового сцинтиллятора покрыта светонепроницаемым материалом.reflective material. The lateral surface of a cylindrical plastic scintillator is coated with a lightproof material.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, на котором показан фрагмент детектора, где: 1ⁱ - цилиндрический пластиковый сцинтиллятор, 2ⁱ - фотоприемные устройства (фотодиоды), i-1, 2, 3… - номера сцинтиллятора и фотоприемного устройства, 3, 4, 5 - траектории частиц, пересекающих, соответственно, один два или три цилиндрических пластиковых сцинтиллятора 1ⁱ.The invention is illustrated in the drawing, which shows a fragment of the detector, where: 1 ⁱ is a cylindrical plastic scintillator, 2 ⁱ are photodetectors (photodiodes), i-1, 2, 3 ... are the numbers of the scintillator and photodetector, 3, 4, 5 - trajectories of particles crossing, respectively, one two or three cylindrical plastic scintillators 1 ⁱ .

Диаметр цилиндрических пластмассовых сцинтилляторов 1ⁱ определяется типом фотоприемного устройства 2ⁱ и требуемым пространственным разрешением, и может составлять от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.The diameter of cylindrical plastic scintillators 1 ⁱ is determined by the type of photodetector 2 ⁱ and the required spatial resolution, and can range from several millimeters to several centimeters.

Заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, образует фотоны, которые распространяются по пластиковому цилиндрическому сцинтиллятору. Число образованных фотонов пропорционально пути проходимого частицей в цилиндрическом пластиковом сцинтилляторе 1ⁱ.A charged particle passing through the scintillator forms photons that propagate through a plastic cylindrical scintillator. The number of photons formed is proportional to the path traveled by the particle in a cylindrical plastic scintillator 1 ⁱ .

При попадании на боковую поверхность цилиндрического пластикового сцинтиллятора 1ⁱ фотоны частично отражаются внутрь за счет полного внутреннего отражения.When a cylindrical plastic scintillator 1 ⁱ hits the side surface, the photons are partially reflected inward due to total internal reflection.

Для увеличения доли отраженных фотонов поверхность цилиндрического пластикового сцинтиллятора 1ⁱ покрывают светоотражающим материалом.To increase the fraction of reflected photons, the surface of a cylindrical plastic scintillator 1 ^{i is} coated with a reflective material.

Для того чтобы свет не попадал в соседние цилиндрические пластиковые сцинтилляторы 1ⁱ, их боковая поверхность покрыта светонепроницаемым материалом.In order to prevent light from entering neighboring cylindrical plastic scintillators 1 ⁱ , their side surface is covered with opaque material.

При достижении торцов цилиндрического пластикового сцинтиллятора 1ⁱ фотоны попадают на фотодиоды 2, которые подключены к электронной плате (на чертеже не показана). В фотодиоде фотоны образуют фотоэлектроны.Upon reaching the ends of the cylindrical plastic scintillator 1 ^{i, the} photons enter the photodiodes 2, which are connected to the electronic board (not shown in the drawing). In the photodiode, photons form photoelectrons.

Электронная плата при поступлении сигнала с фотодиода 2ⁱ вырабатывает аналоговый сигнал, оцифровывает его и заносит в выходной регистр с указанием времени прихода и амплитуды сигнала, номера цилиндра 1ⁱ.An electronic board when a signal is received from photodiode 2 ⁱ generates an analog signal, digitizes it and enters it in the output register with the time of arrival and amplitude of the signal, cylinder number 1 ⁱ .

Количество светящихся фотодиодов 2ⁱ и их пространственное расположение и амплитуды сигналов позволяют определить направление движения заряженной частицы и координату вдоль оси, перпендикулярной оси стержней.The number of luminous photodiodes 2 ⁱ and their spatial location and signal amplitudes allow us to determine the direction of motion of the charged particle and the coordinate along an axis perpendicular to the axis of the rods.

Для повышения пространственного разрешения детектор выполняют из большего количества слоев.To increase spatial resolution, the detector is made of a larger number of layers.

Для определения второй декартовой координаты применена система из двух комплектов цилиндрических пластиковых сцинтилляторов 1ⁱ с взаимно перпендикулярными осями.To determine the second Cartesian coordinate, a system of two sets of cylindrical plastic scintillators 1 ⁱ with mutually perpendicular axes was used.

Claims

1. A detector containing a cylindrical plastic scintillator for detecting charged particles with a photodetector in the form of a photodiode detector, characterized in that the detector contains at least three layers of cylindrical plastic scintillators, a cylindrical plastic scintillator of each layer is laid in the hollows between the cylindrical plastic scintillators of the adjacent layer, at the ends of cylindrical plastic scintillators installed photodiodes connected to an electronic board for generating anal traction signal, its digitization and signal transmission to the output register indicating the arrival time and amplitude, non cylindrical plastic scintillator.

2. The detector according to claim 1, characterized in that the second set of three layers of cylindrical plastic scintillators is laid perpendicular to the axes of the first set of layers.

3. The detector according to claim 1, characterized in that the surface of the cylindrical plastic scintillator is coated with reflective material.

4. The detector according to claim 1, characterized in that the lateral surface of the cylindrical plastic scintillator is coated with a lightproof material.