RU2377598C2 - Scintillation detector - Google Patents

Scintillation detector Download PDF

Info

Publication number
RU2377598C2
RU2377598C2 RU2008100696/28A RU2008100696A RU2377598C2 RU 2377598 C2 RU2377598 C2 RU 2377598C2 RU 2008100696/28 A RU2008100696/28 A RU 2008100696/28A RU 2008100696 A RU2008100696 A RU 2008100696A RU 2377598 C2 RU2377598 C2 RU 2377598C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plates
light
scintillator
detector
scintillation
Prior art date
Application number
RU2008100696/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008100696A (en
Inventor
Евгений Петрович Боголюбов (RU)
Евгений Петрович Боголюбов
Виталий Иванович Микеров (RU)
Виталий Иванович Микеров
Александр Павлович Кошелев (RU)
Александр Павлович Кошелев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
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 "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority to RU2008100696/28A priority Critical patent/RU2377598C2/en
Publication of RU2008100696A publication Critical patent/RU2008100696A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2377598C2 publication Critical patent/RU2377598C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to detecting ionising radiations. The technical outcome is achieved due to that, the scintillation detector has an electronic board with amplifiers-discriminators, a crystal scintillator for detecting gamma-ray quanta, made in form of two plates. In at least one of the scintillator plates there is a light-reemitting fibre in form of a loop, the ends of which reach one of the edges of the plate. At least one end of the said fibre is connected to a photodiode. The packet of three plates is surrounded by shells made from light-reflecting and light-protective material. Photodiodes are connected to a coincidence circuit. The detector is made in form of a multilayer block in which each packet of plates is separated from another packet by a light-reflecting partition.
EFFECT: simpler design, more efficient detection of radiation, wider range of detection.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений.The invention relates to the field of registration of ionizing radiation.

Известен детектор для регистрации ионизирующих излучений, нейтронов и гамма-квантов, содержащий датчик и блок электронной обработки информации, включающий схему временной селекции сцинтиимпульсов, отличающийся тем, что для регистрации быстрых и медленных нейтронов на фоне одновременно регистрируемого сопутствующего гамма-излучения датчик выполнен в виде трех параллельно-последовательно соединенных сцинтилляторов: внешнего нейтронного сцинтиллятора, выполненного из чувствительного к быстрым нейтронам водородсодержащего вещества на основе пластмассы (СН)n или стильбена; сцинтиллятора Nal-Tl, чувствительного к гамма-излучению, размещенного в колодце внешнего сцинтиллятора; внутреннего стеклянного сцинтиллятора, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя, помещенных в единый корпус, а блок электронной обработки сигналов дополнительно включает спектрометрический анализатор сцинтиимпульсов, поступающих в него от сцинтилляционного кристалла Nal-Tl. Толщина внешнего сцинтиллятора из водородосодержащего материала выбирается достаточной для того, чтобы проходящие через сцинтиллятор быстрые нейтроны замедлялись до тепловых энергий (Патент Российской Федерации №2143711, МПК: G01T 1/20, 27.12.1999 г.).A known detector for detecting ionizing radiation, neutrons and gamma rays, comprising a sensor and an electronic information processing unit including a temporal selection of scintillation pulses, characterized in that for detecting fast and slow neutrons against a background of simultaneously detected accompanying gamma radiation, the sensor is made in the form of three parallel-series connected scintillators: an external neutron scintillator made of a hydrogen-containing substance sensitive to fast neutrons based on plastic (CH) n or stilbene; a Nal-Tl scintillator sensitive to gamma radiation located in a well of an external scintillator; an internal glass scintillator sensitive to thermal neutrons, and a photomultiplier placed in a single housing, and the electronic signal processing unit additionally includes a spectrometric analyzer of scintillation pulses coming from a Nal-Tl scintillation crystal. The thickness of the external scintillator from the hydrogen-containing material is selected sufficient to slow the fast neutrons passing through the scintillator to thermal energies (Patent of the Russian Federation No. 2143711, IPC: G01T 1/20, 12/27/1999).

Однако известный детектор имеет целый ряд недостатков: эффективность фотосбора сигналов от быстрых нейтронов, возникающих в пластике (СН)n, невысока из-за того, что сигналы, во-первых, поступают на фотоприемник (ФЭУ) только по периферийному кольцу, обеспечивая фотосъем сцинтилляций на уровне до 30-40% вследствие того, что кристалл Nal-Tl находится в непрозрачном корпусе и экранирует часть светового потока, возникающего в пластике, а во-вторых, вследствие того, что излучение быстрого пластикового сцинтиллятора не непосредственно попадает на ФЭУ, а поступает на него через стекло и частично поглощается в этом стекле, имеющем границу пропускания 350-380 нм, в итоге может быть потеряно до 32-43% полезной информации; пониженная стойкость к ударным нагрузкам, поскольку детектор содержит сцинтилляционный кристалл Nal-Tl, отличающийся высокой гигроскопичностью, что повышает требования к герметизации. Таким образом, известный детектор не может обеспечить эффективную регистрацию быстрых и тепловых нейтронов.However, the known detector has a number of drawbacks: the efficiency of the photo-collection of signals from fast neutrons arising in plastic (SN) n is not high due to the fact that, firstly, the signals arrive at the photodetector (PMT) only along the peripheral ring, providing for scintillation photography at a level of up to 30-40% due to the fact that the Nal-Tl crystal is in an opaque body and shields part of the light flux arising in the plastic, and secondly, due to the fact that the radiation of a fast plastic scintillator does not directly hit the PMT , and enters it through the glass and is partially absorbed in this glass, which has a transmission boundary of 350-380 nm, as a result, up to 32-43% of useful information can be lost; reduced resistance to shock loads, since the detector contains a Nal-Tl scintillation crystal, which is highly hygroscopic, which increases the requirements for sealing. Thus, the known detector cannot provide efficient detection of fast and thermal neutrons.

Известен сцинтилляционный детектор быстрых и тепловых нейтронов, содержащий датчик, включающий сцинтиллятор на основе органического водородсодержащего пластика, чувствительного к быстрым нейтронам, и стеклянный сцинтиллятор на основе 6Li-силикатного стекла, чувствительного к тепловым нейтронам, и фотоэлектронный умножитель, а также блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что сцинтилляторы выполнены в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, причем органический сцинтиллятор выполнен в виде клина, а стеклянный - в виде параллелепипеда, образуя единый сенсорный сцинтиблок, снабженный свинцовым коллиматором и размещенный вместе с последним в дополнительном полиэтиленовом пенале-накопителе тепловых нейтронов, а фотоэлектронный умножитель установлен с торца пластикового сцинтиллятора (Патент Российской Федерации №2259573, MПK: G01T 1/20, G01T 3/06, 2005 г. Прототип).Known scintillation detector of fast and thermal neutrons, containing a sensor including a scintillator based on an organic hydrogen-containing plastic that is sensitive to fast neutrons, and a glass scintillator based on 6 Li-silicate glass sensitive to thermal neutrons, and a photoelectronic multiplier, as well as an electronic signal processing unit characterized in that the scintillators are made in the form of plates with parallel contacting faces, the organic scintillator is made in the form of a wedge, and glass the one in the form of a parallelepiped, forming a single sensory scintiblock equipped with a lead collimator and placed together with the latter in an additional plastic thermal neutron storage case, and the photoelectron multiplier is installed at the end of the plastic scintillator (Patent of the Russian Federation No. 2259573, MPK: G01T 1/20, G01T 3/06, 2005 Prototype).

И аналог, и прототип громоздки, сложны в изготовлении, имеют низкую эффективность регистрации.Both analog and prototype are bulky, difficult to manufacture, and have low registration efficiency.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.The invention eliminates these disadvantages.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности регистрации факта излучения, расширение диапазона регистрации.The technical result of the invention is to simplify the design, increase the efficiency of registration of the fact of radiation, expanding the range of registration.

Технический результат достигается тем, что сцинтилляционный детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, сцинтиллятор, чувствительный к быстрым нейтронам, сцинтиллятор, чувствительный к тепловым нейтронам, и блок электронной обработки сигналов, содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, кристаллический сцинтиллятор для регистрации гамма-квантов, выполненный в виде пластины, по крайней мере, в одной из пластин сцинтилляторов расположено светопереизлучающее волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом, пакет трех пластин окружен оболочками из светоотражающего и светозащитного материала. Фотодиоды соединены со схемой совпадений. Детектор выполнен в виде многослойного блока, в котором каждый пакет платин отделен от другого пакета светоотражающей перегородкой.The technical result is achieved in that the scintillation detector, comprising a sensor, including scintillators made in the form of plates with parallel contacting faces, a scintillator sensitive to fast neutrons, a scintillator sensitive to thermal neutrons, and an electronic signal processing unit, contains an electronic board with amplifiers discriminators, a crystalline scintillator for detecting gamma rays, made in the form of a plate, in at least one of the plates of scintillators located with etopereizluchayuschee fiber in a loop, the ends of which are derived at one of the faces of the plate, at least one end svetopereizluchayuschego fiber coupled to a photodiode, surrounded by a package of three plates and shells of reflective light-shielding material. Photodiodes are connected to a matching circuit. The detector is made in the form of a multilayer block in which each platinum packet is separated from the other packet by a reflective partition.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.The invention is illustrated in figure 1, figure 2 and figure 3.

На фиг.1 схематично представлен разрез сцинтилляционного детектора, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, 3 - светопереизлучающее волокно, 4 - сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 5 - светоотражающий материал, 6 - светозащитный материал.Figure 1 schematically shows a section of a scintillation detector, where: 1 - a plastic scintillator used to detect fast neutrons, 2 - a crystalline scintillator used to detect gamma rays, 3 - a light-emitting fiber, 4 - a scintillator for detecting thermal neutrons, 5 - reflective material, 6 - reflective material.

На фиг.2 схематично представлен вид сверху на пакет пластин сцинтиллятора, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 3 - светопереизлучающее волокно, 7 - фотодиоды.Figure 2 schematically shows a top view of the package of plates of the scintillator, where: 1 - a plastic scintillator, used to register fast neutrons, 3 - light-emitting fiber, 7 - photodiodes.

На фиг.3 схематично представлен многослойный блок из пакетов пластин, где: 1 - пластмассовый сцинтиллятор, служащий для регистрации быстрых нейтронов, 2 - кристаллический сцинтиллятор, служащий для регистрации гамма-квантов, 3 - светопереизлучающее волокно, 4 - сцинтиллятор для регистрации тепловых нейтронов, 5 - светоотражающий материал, 6 - светозащитный материал, 8 - светразделяющая перегородка.Figure 3 schematically shows a multilayer block of packet plates, where: 1 - a plastic scintillator used to detect fast neutrons, 2 - a crystalline scintillator used to detect gamma rays, 3 - a light-emitting fiber, 4 - a scintillator for registration of thermal neutrons, 5 - reflective material, 6 - reflective material, 8 - light separating partition.

Сцинтилляционный детектор предназначен для одновременной регистрации нескольких видов ионизирующих излучений и содержит сцинтилляционные пластины 1, 2, 4, предназначенные для регистрации того или иного вида излучения.A scintillation detector is designed for the simultaneous registration of several types of ionizing radiation and contains scintillation plates 1, 2, 4, designed to register a particular type of radiation.

Для регистрации быстрых нейтронов 1 - например, пластины полистирола или поливинилтолуола. Для регистрации тепловых нейтронов 4 - пластины литиевого стекла или светосостава 6LiFZnS:Ag. Для регистрации гамма-квантов 2 - например, пластины германата висмута и др.For registration of fast neutrons 1 - for example, polystyrene or polyvinyltoluene plates. For registration of thermal neutrons 4 - plates of lithium glass or light composition 6 LiFZnS: Ag. To register gamma rays 2, for example, bismuth germanate plates, etc.

Одна или несколько пластин 1, 2, 4 содержат светопереизлучающее волокно 3 с одним или двумя фотодиодами 7 на концах светопереизлучающих волокон 3, электронную плату с усилителями-дискриминаторами и при использовании двух фотодиодов схемой совпадений (не показаны). Дискриминаторы и схема совпадений обеспечивают подавление собственных электронных шумов фотодиода 7 и некоторых фоновых излучений.One or more plates 1, 2, 4 contain a light-emitting fiber 3 with one or two photodiodes 7 at the ends of the light-emitting fibers 3, an electronic board with discriminating amplifiers and, when two photodiodes are used, a matching circuit (not shown). The discriminators and the coincidence circuit suppress the intrinsic electronic noise of photodiode 7 and some background radiation.

Размеры пластин 1, 2 и 4 определены энергией регистрируемого излучения. Длина составляет от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Толщина пластин составляет несколько сантиметров.The sizes of the plates 1, 2 and 4 are determined by the energy of the detected radiation. The length is from a few centimeters to several tens of centimeters. The thickness of the plates is a few centimeters.

Материал сцинтилляционных пластин 1, 2 и 4 прозрачен для образованного в них под действием частиц излучения света, обладает высокой эффективностью регистрации при небольшой толщине.The material of the scintillation plates 1, 2, and 4 is transparent to light radiation formed in them by the action of particles, and has a high detection efficiency with a small thickness.

Так, в случае светосостава 6LiFZnS:Ag достаточная эффективность обеспечена при толщине в несколько сотен микрометров. Диаметр светопереизлучающих волокон 3 составляет от одного до несколько миллиметров. Для улучшения светосбора пластины 1, 2 и 4 покрыты светоотражающим материалом 5, например, на основе окиси титана или отражающими пленками. Для предотвращения попадания в фотодиоды 7 внешнего света пластины 1, 2 и 4 покрыты снаружи светозащитным материалом 6, например черной бумагой.So, in the case of a light composition of 6 LiFZnS: Ag, sufficient efficiency is ensured at a thickness of several hundred micrometers. The diameter of the light emitting fibers 3 is from one to several millimeters. To improve light gathering, the plates 1, 2 and 4 are coated with reflective material 5, for example, based on titanium oxide or reflective films. To prevent external light from entering the photodiodes 7, the plates 1, 2, and 4 are coated externally with a light-shielding material 6, for example black paper.

Наличие между светоотражающим материалом 5 и пластиной 1, или 2, или 4 воздушного зазора улучшает светосбор. Фотоны сцинтилляционной вспышки, возникшие в сцинтилляционной пластине 1, 2 и 4, распространяются по ее объему, испытывают отражение от поверхности пластин 1, 2 и 4 и светоотражающего материала 5 и частично попадают в светопереизлучающее волокно 3, где с вероятностью около 80% переизлучаются. Возникшие в светопереизлучающем волокне 3 фотоны распространяются к его торцам и попадают на фотодиоды 7. Фотоны, попавшие в фотодиод 7, вызывают электрический сигнал.The presence of an air gap between the reflective material 5 and the plate 1, 2, or 4 improves the light collection. Photons of a scintillation flash arising in scintillation plate 1, 2, and 4 propagate in its volume, are reflected from the surface of plates 1, 2, and 4 and reflective material 5 and partially get into light-emitting fiber 3, where they are reradiated with a probability of about 80%. The photons arising in the light-emitting fiber 3 propagate to its ends and fall on the photodiodes 7. Photons entering the photodiode 7 cause an electrical signal.

Применение для считывания сцинтилляционного сигнала кремниевых фотоэлектронных умножителей (КФЭУ) позволяет отказаться от высоких питающих напряжений, обеспечивает более высокую эффективность регистрации за счет более высокой по сравнению с фотокатодами ФЭУ квантовой эффективности КФЭУ.The use of silicon photomultiplier tubes for reading the scintillation signal of silicon photovoltaic photomultipliers (CFEUs) eliminates high supply voltages and provides higher detection efficiency due to the higher quantum efficiency of photovoltaic photovoltaics compared to photocathodes.

Прошедший через усилитель-дискриминатор сигнал поступает в амплитудно-цифровой преобразователь и далее через интерфейсную плату в персональный компьютер. Амплитудный анализ дает возможность идентифицировать тип регистрируемого излучения.The signal passed through the discriminator amplifier enters the amplitude-to-digital converter and then through the interface board to a personal computer. Amplitude analysis makes it possible to identify the type of radiation detected.

Для повышения эффективности регистрации излучения пакеты объединены в блок.To increase the efficiency of radiation registration packages are combined in a block.

Claims (3)

1. Сцинтилляционный детектор, содержащий датчик, включающий сцинтилляторы, выполненные в виде пластин с параллельными соприкасающимися гранями, сцинтиллятор, чувствительный к быстрым нейтронам, сцинтиллятор, чувствительный к тепловым нейтронам, и блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что детектор содержит электронную плату с усилителями-дискриминаторами, кристаллический сцинтиллятор для регистрации гамма квантов, выполненный в виде пластины, в одной из пластин сцинтилляторов расположено светопереизлучающее волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом, пакет трех пластин окружен оболочками из светоотражающего и светозащитного материала.1. A scintillation detector comprising a sensor including scintillators made in the form of plates with parallel contacting faces, a fast neutron sensitive scintillator, a thermal neutron sensitive scintillator, and an electronic signal processing unit, characterized in that the detector contains an electronic board with amplifiers -discriminators, a crystal scintillator for detecting gamma quanta, made in the form of a plate, a light-emitting fiber is located in one of the plates of scintillators in the form of a loop, the ends of which are brought out to one of the faces of the plate, at least one end of the light-emitting fiber is connected to the photodiode, the package of three plates is surrounded by shells of reflective and light-protective material. 2. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что фотодиоды соединены со схемой совпадений.2. The scintillation detector according to claim 1, characterized in that the photodiodes are connected to a matching circuit. 3. Сцинтилляционный детектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что детектор выполнен в виде многослойного блока, в котором каждый пакет пластин отделен от другого пакета светоотражающей перегородкой. 3. The scintillation detector according to claim 1 or 2, characterized in that the detector is made in the form of a multilayer block, in which each package of plates is separated from the other package by a reflective partition.
RU2008100696/28A 2008-01-17 2008-01-17 Scintillation detector RU2377598C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100696/28A RU2377598C2 (en) 2008-01-17 2008-01-17 Scintillation detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100696/28A RU2377598C2 (en) 2008-01-17 2008-01-17 Scintillation detector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008100696A RU2008100696A (en) 2009-07-27
RU2377598C2 true RU2377598C2 (en) 2009-12-27

Family

ID=41047820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008100696/28A RU2377598C2 (en) 2008-01-17 2008-01-17 Scintillation detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2377598C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU189817U1 (en) * 2018-10-24 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) PAIR GAMMA SPECTROMETER FOR REGISTRATION OF HIGH ENERGY GAMMA RADIATION
RU2725669C2 (en) * 2016-01-22 2020-07-03 Вега Эмерикас, Инк. Flexible radioisotope level gauge

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111025376A (en) * 2019-12-26 2020-04-17 中广核久源(成都)科技有限公司 Detector for measuring fast neutron and fast response and high detection efficiency

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2725669C2 (en) * 2016-01-22 2020-07-03 Вега Эмерикас, Инк. Flexible radioisotope level gauge
RU189817U1 (en) * 2018-10-24 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) PAIR GAMMA SPECTROMETER FOR REGISTRATION OF HIGH ENERGY GAMMA RADIATION

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008100696A (en) 2009-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2411543C2 (en) Gamma- and neutron radiation detector
RU2502088C2 (en) Apparatus and method for neutron detection by capture-gamma calorimetry
US20210141103A1 (en) Backscatter detection module
US10670739B2 (en) Gamma radiation and neutron radiation detector
RU2300782C2 (en) Scintillation-based neutron detector
RU2377598C2 (en) Scintillation detector
JP2000193749A (en) alphabeta DETECTOR AND alphabeta DETECTING DEVICE USING IT
JPH09197050A (en) Radiation detector
RU79683U1 (en) SCINTILLATION DETECTOR
CN112946721B (en) Detector and detection method capable of simultaneously identifying alpha, beta and gamma rays
RU79681U1 (en) EXPRESS DETECTOR
RU2408902C1 (en) Two-dimensional detector
RU79682U1 (en) SCINTILLATION DETECTOR
RU2259573C1 (en) Scintillation detector for fast and thermal neutrons
Bai et al. The optimization of CsI (Tl)-PIN photodiode for high-energy gamma-ray detection
RU2373556C2 (en) Express detector
RU79680U1 (en) EXPRESS DETECTOR
JP2014173883A (en) Neutron measurement device
RU2308056C1 (en) Scintillation detector
RU2158011C2 (en) Neutron and gamma-ray recording detector
JP2012242369A (en) Radiation detector
RU2814061C1 (en) Scintillation detector of neutron and gamma radiation
RU119131U1 (en) SCINTILLATION DETECTOR OF ELECTRONS AND BETA RADIATION
RU2272301C1 (en) Scintillating neutron detector
RU2730392C1 (en) Neutron scintillation detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180118