RU2643219C1 - Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation - Google Patents
Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643219C1 RU2643219C1 RU2017112900A RU2017112900A RU2643219C1 RU 2643219 C1 RU2643219 C1 RU 2643219C1 RU 2017112900 A RU2017112900 A RU 2017112900A RU 2017112900 A RU2017112900 A RU 2017112900A RU 2643219 C1 RU2643219 C1 RU 2643219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scintillation detector
- fiber
- connector
- detector according
- optical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
- G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и может быть преимущественно использовано для регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (МРИ) с получением информации о спектре излучения.The present invention relates to the field of measurement technology and can be mainly used to register nanosecond pulses of soft x-ray radiation (MRI) to obtain information about the radiation spectrum.
Мягкое рентгеновское излучение передается преимущественно при пониженном давлении газа и поглощается, как правило, в тонких слоях веществ, поэтому для создания сцинтилляционных детекторов МРИ необходимо использовать соответствующие конструкторские и технологические решения.Soft x-ray radiation is transmitted mainly at reduced gas pressure and is absorbed, as a rule, in thin layers of substances, therefore, to create scintillation MRI detectors, it is necessary to use appropriate design and technological solutions.
Известен сцинтилляционный детектор для регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (A.S. Boriskin, Yu.V. Vlasov, A.A. Volkov at el. «Formulation of the first experiments on x-ray radiation with imploding wire framed liners powered by explosive magnetic generators» in Proceedings of Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics, Moscow-St.Petersburg, July 7-14, 2002, edited by V.D. Selemir, L.N. Plyashkevich, p. 725-729]. Известный сцинтилляционный детектор содержит поглощающий фильтр излучения, расположенный в вакууме на пути регистрируемого МРИ перед пленочным сцинтиллятором, преобразующим МРИ в люминесцентное излучение оптического диапазона спектра, и световод длиной несколько метров, обеспечивающий передачу люминесцентного излучения пленочного сцинтиллятора к фотоприемнику. При этом в качестве фотоприемника используется фотоумножитель, а фильтр излучения состоит из материала, формирующего область избирательной чувствительности в отдельных диапазонах МРИ и одновременно блокирующего излучение в оптическом диапазоне спектра.Known scintillation detector for detecting nanosecond pulses of soft x-ray radiation (AS Boriskin, Yu.V. Vlasov, AA Volkov at el. "Formulation of the first experiments on x-ray radiation with imploding wire framed liners powered by explosive magnetic generators" in Proceedings of Ninth International Conference on Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics, Moscow-St. Petersburg, July 7-14, 2002, edited by VD Selemir, LN Plyashkevich, p. 725-729]. The known scintillation detector contains an absorbing radiation filter located in vacuum in the way of recorded MRI in front of a film scintillator that converts MRI into luminescent optical radiation spectral range, and a fiber several meters long, which provides the transmission of luminescent radiation of a film scintillator to a photodetector, using a photomultiplier as a photodetector and a radiation filter consisting of a material that forms a region of selective sensitivity in individual MRI ranges and simultaneously blocks radiation in the optical spectrum.
Недостатком известного сцинтилляционного детектора является наличие стеклянного окна, расположенного в герметичном фланце на торце канала вывода люминесцентного излучения. При этом пленочный сцинтиллятор прикреплен к внутренней поверхности стеклянного окна с помощью оптически прозрачного клея. Толщина стеклянного окна составляет всего 1,5 мм для минимизации потерь светосбора люминесцентного излучения пленочного сцинтиллятора. В итоге, конструкция известного сцинтилляционного детектора не обладает достаточной технологичностью для частого использования в лабораторных и взрывных экспериментах и ненадежна в эксплуатации. Световод удален от пленочного сцинтиллятора на расстояние, равное толщине стеклянного окна и слоя оптически прозрачного клея, что ведет к снижению качества светосбора. Кроме того, при прохождении через слой клея и стеклянное окно люминесцентное излучение пленочного сцинтиллятора меняет свой спектральный состав, что тоже ведет к снижению качества светосбора.A disadvantage of the known scintillation detector is the presence of a glass window located in an airtight flange at the end of the luminescent radiation output channel. In this case, the film scintillator is attached to the inner surface of the glass window using optically transparent glue. The thickness of the glass window is only 1.5 mm to minimize the loss of light collection of the luminescent radiation of the film scintillator. As a result, the design of the known scintillation detector does not have sufficient adaptability for frequent use in laboratory and explosive experiments and is unreliable in operation. The optical fiber is removed from the film scintillator by a distance equal to the thickness of the glass window and the layer of optically transparent glue, which leads to a decrease in the quality of light collection. In addition, when passing through a layer of glue and a glass window, the luminescent radiation of the film scintillator changes its spectral composition, which also leads to a decrease in the quality of light collection.
Известен также сцинтилляционный детектор для регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения (В.Д. Селемир, В.А. Демидов, В.Ф. Ермолович и др. «Исследование генерации мягкого рентгеновского излучения в Z-пинчах с запиткой от спиральных взрывомагнитных генераторов», Физика плазмы, 2007, т. 33, №5, с. 424-434), аналогичный по своему устройству вышерассмотренному сцинтилляционному детектору. В известном сцинтилляционном детекторе задача повышения качества светосбора и надежности вакуумного уплотнения частично решена заменой стеклянного окна на более прочную волоконно-оптическую пластину.Also known is a scintillation detector for detecting nanosecond pulses of soft x-ray radiation (V.D. Selemir, V.A. Demidov, V.F. Ermolovich and others. "Study of the generation of soft x-ray radiation in Z-pinches powered by spiral explosive generators", Plasma Physics, 2007, v. 33, No. 5, pp. 424-434), similar in structure to the scintillation detector discussed above. In the well-known scintillation detector, the task of improving the quality of light collection and the reliability of the vacuum seal is partially solved by replacing the glass window with a stronger fiber optic plate.
Недостатком известного сцинтилляционного детектора также является низкая технологичность его конструкции. Кроме того, в известном сцинтилляционном детекторе используются дорогостоящие волоконно-оптическая пластина и кварцевый световод большого диаметра (400-800 мкм). Волоконно-оптическая пластина имеет конечное число оптических волокон, расположенных напротив торца световода, а диаметр оптических волокон влияет на качество светосбора. С переходом на световод меньшего диаметра качество светосбора снижается, так как диаметр оптических волокон становится соизмерим с диаметром световода.A disadvantage of the known scintillation detector is also the low adaptability of its design. In addition, the well-known scintillation detector uses expensive fiber optic plate and a large diameter quartz fiber (400-800 microns). The fiber optic plate has a finite number of optical fibers located opposite the end of the fiber, and the diameter of the optical fibers affects the quality of light collection. With the transition to a smaller diameter fiber, the quality of light collection decreases, since the diameter of the optical fibers becomes comparable with the diameter of the fiber.
Совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, присуща известному сцинтилляционному детектору для регистрации мягкого рентгеновского излучения, представленному в работе (Ю.Я. Нефедов, П.Л. Усенко «Сцинтилляционный детектор импульсного мягкого рентгеновского излучения», ПТЭ, 2016, №1, с. 113-117). Известное устройство по прототипу используется для регистрации импульсов МРИ с временным разрешением 5 нс и позволяет получать информацию о спектре регистрируемого излучения. Прототип содержит поглощающий фильтр излучения, расположенный в вакууме перед пленочным сцинтиллятором из полистирола, световод, обеспечивающий вывод люминесцентного излучения пленочного сцинтиллятора из вакуума, и фотоприемник, в качестве которого использован фотоумножитель. При этом фильтр излучения находится на расстоянии от рабочей поверхности пленочного сцинтиллятора. Прототип разработан для экспериментов, проводимых при сравнительно высоком остаточном давлении газа (≥1 мм рт. ст.). Результаты работы устройства по прототипу представлены на примере регистрации квантов с энергией 0,84 кэВ (NeK α) при спектральном диапазоне регистрации от 0,7 до 18 кэВ. В устройстве по прототипу использован фильтр излучения, изготовленный из сравнительно толстой алюминиевой фольги 5,7 мкм.The set of features that is closest to the set of essential features of the invention is inherent in the well-known scintillation detector for detecting soft x-ray radiation, presented in the work (Yu.Ya. Nefedov, PL Usenko “Scintillation detector of pulsed soft x-ray radiation”, PTE, 2016, No. 1, pp. 113-117). The known device of the prototype is used to register MRI pulses with a time resolution of 5 ns and allows you to obtain information about the spectrum of the detected radiation. The prototype contains an absorbing radiation filter located in a vacuum in front of the polystyrene film scintillator, a light guide, which ensures the luminescent radiation of the film scintillator from the vacuum, and a photodetector, which is used as a photomultiplier. In this case, the radiation filter is located at a distance from the working surface of the film scintillator. The prototype was developed for experiments conducted at a relatively high residual gas pressure (≥1 mmHg). The results of the operation of the device according to the prototype are presented by the example of registration of quanta with an energy of 0.84 keV (Ne K α ) with a spectral range of registration from 0.7 to 18 keV. In the prototype device, a radiation filter made of a relatively thick 5.7 μm aluminum foil was used.
Сцинтилляционный детектор, принятый за прототип, не предназначен для регистрации квантов с энергией менее 0,1 кэВ. В описании устройства по прототипу не представлена информация о применяемых способах закрепления фильтра излучения и пленочного сцинтиллятора. Отсутствуют сведения о конструкции вакуумной части и работе прототипа при низком остаточном давлении газа (менее 1 мм рт. ст.). В устройстве по прототипу для увеличения эффективности светосбора и гальванической развязки фотоприемника от корпуса установки использован дорогостоящий световод большого диаметра (5 мм) и малой длины (250 мм). Используемый в качестве фотоприемника фотоумножитель является хрупким и дорогостоящим прибором. Применение указанных световода и фотоумножителя для однократной транспортировки излучения на большие (~10 м) расстояния не является экономичным с учетом их возможного уничтожения или повреждения во взрывном эксперименте. Кроме того, у прототипа отсутствует средство коммутации сцинтиллятора и световода, позволяющее на разных этапах подготовки эксперимента оперативно подключать отрезки световода необходимой длины и требуемого диаметра (организация защиты расстоянием электрической части, проведение калибровки, проверка работоспособности, подбор чувствительности сцинтилляционного детектора и др.).The scintillation detector, adopted as a prototype, is not designed to detect quanta with an energy of less than 0.1 keV. The description of the prototype device does not provide information about the methods used to fix the radiation filter and film scintillator. There is no information about the design of the vacuum part and the operation of the prototype at a low residual gas pressure (less than 1 mmHg). In the device of the prototype, to increase the efficiency of light collection and galvanic isolation of the photodetector from the installation case, an expensive optical fiber of large diameter (5 mm) and short length (250 mm) was used. The photomultiplier used as a photodetector is a fragile and expensive device. The use of these fibers and a photomultiplier for a single transportation of radiation over large (~ 10 m) distances is not economical, given their possible destruction or damage in an explosive experiment. In addition, the prototype lacks a means of switching the scintillator and the fiber, allowing at different stages of the preparation of the experiment to quickly connect the segments of the fiber of the required length and diameter (organization of protection by the distance of the electrical part, calibration, operability, selection of sensitivity of the scintillation detector, etc.).
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание сцинтилляционного детектора с улучшенными эксплуатационными возможностями для регистрации в лабораторных и взрывных экспериментах наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения при высокой плотности потока квантов ~1022 квантов/(см2⋅с) в расширенном диапазоне энергий квантов.The problem to which the invention is directed is to create a scintillation detector with improved operational capabilities for detecting nanosecond pulses of soft x-ray radiation in laboratory and explosive experiments at a high quantum flux density of ~ 10 22 quanta / (cm 2 s) in an extended range of quantum energies .
Технический результат заключается в расширении эксплуатационных возможностей сцинтилляционного детектора, за счет увеличения регистрируемого сцинтилляционным детектором спектрального диапазона, повышения технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора, позволяющих использовать сцинтилляционный детектор в лабораторных и взрывных экспериментах при пониженном до 10-6 мм рт. ст. давлении газа для регистрации наносекундных импульсов мягкого рентгеновского излучения в диапазоне энергий квантов от 0,02 до 20 кэВ.The technical result consists in expanding the operational capabilities of the scintillation detector by increasing the spectral range recorded by the scintillation detector, increasing the manufacturability of the design, assembly and maintenance of the scintillation detector, allowing the scintillation detector to be used in laboratory and explosive experiments at a reduced to 10 -6 mmHg. Art. gas pressure for detecting nanosecond pulses of soft x-ray radiation in the range of quantum energies from 0.02 to 20 keV.
Технический результат достигается тем, что в разработанном сцинтилляционном детекторе для регистрации импульсного мягкого рентгеновского излучения, включающем пленочный сцинтиллятор, фильтр излучения, фотоприемник и световод, обеспечивающий оптическую связь между пленочным сцинтиллятором и фотоприемником, при этом фильтр излучения установлен с зазором перед пленочным сцинтиллятором, новым является то, что световод разделен на приемный и передающий отрезки, фильтр излучения выполнен сменным и закреплен в разборном держателе, сцинтилляционный детектор дополнительно содержит герметичный соединитель, во внутрь которого вакуумплотно установлен приемный отрезок световода таким образом, что торцы приемного отрезка световода и герметичного соединителя расположены в одной плоскости и образуют оптический вход, к которому при помощи прижима поджат пленочный сцинтиллятор с обеспечением оптического контакта, другой торец приемного отрезка световода и оба торца передающего отрезка световода оснащены самоцентрирующимися оптическими коннекторами, герметичный соединитель снабжен вакуумным уплотнением для размещения на стенке-границе вакуумного объема, детектор также содержит защитную крышку, установленную на герметичном соединителе поверх прижима и используемую для фиксации разборного держателя, а коннекторы приемного и передающего отрезков световода соединены друг с другом с помощью оптического адаптера, при этом другой коннектор передающего отрезка световода подключен к фотоприемнику.The technical result is achieved by the fact that in the developed scintillation detector for detecting pulsed soft x-ray radiation, including a film scintillator, a radiation filter, a photodetector and a light guide providing optical coupling between the film scintillator and the photodetector, the radiation filter is installed with a gap in front of the film scintillator, the new one is that the light guide is divided into receiving and transmitting segments, the radiation filter is removable and fixed in a collapsible holder, scint The radiation detector additionally contains a sealed connector, inside of which the receiving section of the fiber is vacuum-tightly mounted so that the ends of the receiving section of the fiber and the sealed connector are in the same plane and form an optical input, to which the film scintillator is pressed to provide optical contact, the other end the receiving section of the fiber and both ends of the transmitting section of the fiber are equipped with self-centering optical connectors; It is equipped with a vacuum seal for placement on the wall-boundary of the vacuum volume, the detector also contains a protective cover mounted on the sealed connector over the clip and used to fix the collapsible holder, and the connectors of the receiving and transmitting segments of the optical fiber are connected to each other using an optical adapter, while the other connector of the transmitting section of the fiber is connected to the photodetector.
Используется однослойный или многослойный оптически плотный поглощающий фильтр излучения, суммарная толщина которого составляет от 1 до 10 мкм, и при этом разборный держатель, прижим, защитная крышка и герметичный соединитель конструктивно выполнены таким образом, что между ними находится полость, которая представляет собой лабиринт, для защиты фильтра излучения от механического повреждения и защиты пленочного сцинтиллятора от подсветки.A single-layer or multi-layer optically dense absorbing radiation filter is used, the total thickness of which is from 1 to 10 μm, and the collapsible holder, clamp, protective cover and hermetic connector are structurally designed so that there is a cavity between them, which is a labyrinth, for protect the radiation filter from mechanical damage and protect the film scintillator from the backlight.
Используется пленочный сцинтиллятор на основе поливинилтолуола.A polyvinyltoluene-based film scintillator is used.
Используется диаметр передающего отрезка световода, равный или меньший диаметра приемного отрезка световода.The diameter of the transmitting segment of the fiber equal to or less than the diameter of the receiving section of the fiber is used.
В самоцентрирующихся оптических коннекторах использовано соединение ST-типа (Straight Tip).In self-centering optical connectors, an ST-type connection (Straight Tip) is used.
В качестве фотоприемника может быть использован фотодиод.As a photodetector, a photodiode can be used.
Герметичный соединитель закреплен на стенке-границе вакуумного объема при помощи гайки, шайбы и прокладки-уплотнителя.A sealed connector is mounted on the wall-border of the vacuum volume using a nut, washer and gasket-seal.
Прижим закреплен на герметичном соединителе с помощью резьбы.The clip is fixed to the sealed connector with a thread.
Детали разборного держателя соединены друг с другом и закреплены на защитной крышке с помощью винтов.Parts of the collapsible holder are connected to each other and mounted on the protective cover with screws.
Фильтр излучения удерживается на полированной поверхности детали разборного держателя силой поверхностного натяжения.The radiation filter is held on the polished surface of a collapsible holder part by surface tension.
Защитная крышка установлена на герметичном соединителе с помощью резьбы.The protective cover is mounted on the sealed connector using threads.
Защитная крышка и самоцентрирующийся оптический коннектор приемного отрезка световода зафиксированы шпильками.The protective cover and the self-centering optical connector of the receiving section of the fiber are fixed with studs.
Приемный отрезок световода вакуумплотно вклеен в герметичный соединитель.The receiving section of the fiber is glued tightly into the sealed connector.
Длина герметичного соединителя выбирается в соответствии с используемой толщиной стенки-границы вакуумного объема.The length of the sealed connector is selected in accordance with the used wall-boundary thickness of the vacuum volume.
Выполнение фильтра излучения сменным и закрепление его в разборном держателе позволяет расширить регистрируемый сцинтилляционным детектором спектральный диапазон за счет использования различных материалов (фольг, пленок и т.п.) микронной и субмикронной толщины, за счет использования одного или нескольких слоев материала одинакового или разного химического состава. Для защиты фильтра излучения, особенно при использовании в его составе материалов низкой прочности или малой толщины, в конструкции сцинтилляционного детектора имеется канал откачки, обеспечивающий снижение градиента давления газа на фильтр излучения в процессе вакуумирования.Making the radiation filter interchangeable and fixing it in a collapsible holder allows you to expand the spectral range recorded by the scintillation detector by using different materials (foils, films, etc.) of micron and submicron thickness, by using one or more layers of material of the same or different chemical composition . To protect the radiation filter, especially when materials of low strength or small thickness are used in its composition, the scintillation detector has a pumping channel to reduce the pressure gradient of the gas on the radiation filter in the process of evacuation.
Расширение спектрального диапазона в область малых энергий регистрируемых квантов обеспечивается также высоким качеством рентгеночувствительной поверхности облучаемой области пленочного сцинтиллятора за счет использования прижима, удерживающего пленочный сцинтиллятор за края, а также за счет технологии вырезания пленочного сцинтиллятора из заготовки с использованием пробойника и толкателя. При изготовлении и монтаже пленочного сцинтиллятора воздействие происходит на противоположную облучаемой области тыльную сторону пленочного сцинтиллятора. Тыльная сторона пленочного сцинтиллятора прижимается с обеспечением оптического контакта к торцу приемного отрезка световода и используется только для вывода люминесцентного излучения сцинтиллятора. Расширение спектрального диапазона в область больших энергий квантов обеспечивается возможностью применения различной толщины и химического состава пленочного сцинтиллятора, например, на основе полистирола или поливинилтолуола.The expansion of the spectral range to the low-energy region of the recorded quanta is also ensured by the high quality of the x-ray sensitive surface of the irradiated region of the film scintillator due to the use of a clamp holding the film scintillator by the edges, as well as due to the technology of cutting the film scintillator from the workpiece using a punch and a pusher. In the manufacture and installation of a film scintillator, the impact occurs on the back side of the film scintillator opposite to the irradiated area. The back side of the film scintillator is pressed to provide optical contact to the end of the receiving section of the fiber and is used only to output the luminescent radiation of the scintillator. The expansion of the spectral range to the region of high quantum energies is provided by the possibility of using different thicknesses and chemical composition of the film scintillator, for example, based on polystyrene or polyvinyltoluene.
Улучшение временного разрешения обеспечивается использованием сцинтиллятора, световода, фотоприемника и осциллографа с улучшенными характеристиками.Improving the time resolution is provided by using a scintillator, a fiber, a photodetector and an oscilloscope with improved characteristics.
Для защиты пленочного сцинтиллятора от внешнего оптического излучения, которое может попадать под фильтр излучения через канал откачки, конструкция канала откачки представляет собой лабиринт с большим числом ступеней и матовых поверхностей, эффективно рассеивающих и поглощающих оптическое излучение. Кроме того, выход из канала откачки в вакуум расположен на дальней от источника излучения поверхности защитной крышки, что также улучшает защиту от внешнего оптического излучения.In order to protect the film scintillator from external optical radiation that can get under the radiation filter through the pumping channel, the pumping channel design is a labyrinth with a large number of steps and matte surfaces that effectively scatter and absorb optical radiation. In addition, the exit from the pumping channel into the vacuum is located on the surface of the protective cover that is far from the radiation source, which also improves protection from external optical radiation.
Возможность использования сцинтилляционного детектора при низком остаточном давлении газа (до 10-6 мм рт. ст.) обеспечивается тем, что герметичный соединитель при размещении на стенке-границе вакуумного объема снабжен технологически простым и надежным в эксплуатации вакуумным уплотнением с постоянными и независимыми от используемого диаметра световода параметрами. При этом установка световода внутрь герметичного соединителя осуществляется по технологии, например, вклеивания с малой площадью контакта по поверхности и большой глубиной клеевого соединения, причем глубина клеевого соединения, при необходимости, может быть дополнительно увеличена за счет увеличения длины герметичного соединителя.The possibility of using a scintillation detector with a low residual gas pressure (up to 10 -6 mm Hg) is ensured by the fact that the sealed connector, when placed on the wall-border of the vacuum volume, is equipped with a technologically simple and reliable vacuum seal with constant and independent of the diameter used fiber guide parameters. In this case, the installation of the optical fiber inside the sealed connector is carried out by technology, for example, gluing with a small contact area on the surface and a large depth of the adhesive joint, and the depth of the adhesive joint, if necessary, can be further increased by increasing the length of the tight connector.
Повышение технологичности конструкции, сборки и обслуживания сцинтилляционного детектора для взрывных и лабораторных экспериментов обеспечено за счет разделения световода на приемный и передающий отрезки с диаметром передающего отрезка, меньшим или равным диаметру приемного отрезка, использованием самоцентрирующихся коннекторов для соединения приемного и передающего отрезков световода, за счет съемной конструкции прижима пленочного сцинтиллятора, за счет возможности установки разборного держателя фильтра излучения, а также за счет возможности оперативной замены и выбора длины и диаметра передающего отрезка световода, которые могут производиться не только до, но и после монтажа и проверки на герметичность герметичного соединителя.An increase in the manufacturability of the design, assembly and maintenance of the scintillation detector for explosive and laboratory experiments is ensured by dividing the fiber into the receiving and transmitting sections with a diameter of the transmitting section less than or equal to the diameter of the receiving section, using self-centering connectors to connect the receiving and transmitting sections of the optical fiber due to the removable clamp design of the film scintillator, due to the possibility of installing a collapsible holder of the radiation filter, as well as a possible operational replacement and selection of the length and diameter of the transmitting optical fiber piece which may be made not only before but also after the mounting and hermetic leak testing of the connector.
На Фиг. 1 приведена конструкция внутреннего устройства сцинтилляционного детектора, где: 1 - фильтр излучения, 2 - пленочный сцинтиллятор, 3 - приемный отрезок световода, 5 - разборный держатель, 6 - герметичный соединитель, 7 - прижим, 8 - самоцентрирующийся оптический коннектор, 9 - прокладка-уплотнитель, 10 – гайка, 11 - шайба, 12 - стенка-граница вакуумного объема, 13 - крышка, 15 - шпилька.In FIG. 1 shows the design of the internal device of the scintillation detector, where: 1 - radiation filter, 2 - film scintillator, 3 - receiving section of the fiber, 5 - collapsible holder, 6 - sealed connector, 7 - clip, 8 - self-centering optical connector, 9 - gasket - a sealant, 10 - a nut, 11 - a washer, 12 - a wall-border of the vacuum volume, 13 - a cover, 15 - a hairpin.
На Фиг. 2 представлена фотография внешнего вида сцинтилляционного детектора в сборе, где: 4 - передающий отрезок световода, 5 - разборный держатель, 6 - герметичный соединитель, 8 - самоцентрирующийся оптический коннектор, 9 - прокладка-уплотнитель, 13 - крышка, 14 - оптический адаптер.In FIG. 2 is a photograph of the appearance of the scintillation detector assembly, where: 4 is the transmitting segment of the fiber, 5 is a collapsible holder, 6 is a sealed connector, 8 is a self-centering optical connector, 9 is a gasket-seal, 13 is a cover, 14 is an optical adapter.
На Фиг. 3 представлена зависимость от энергии регистрируемых квантов относительной спектральной чувствительности одного из вариантов сцинтилляционного детектора, рассчитанная для поглощающего двухслойного Al-фильтра суммарной толщиной 1 мкм и сцинтиллятора из поливинилтолуола толщиной 200 мкм с использованием сечений из (Callen D.E., Hubbel J.H., Kissel L. EPDL 97: The Evaluated Photon Data Library 97, Version // Lawrence Livermore National Laboratory, Report UCRL-50400, 1997, v. 6, Rev. 5).In FIG. Figure 3 shows the energy dependence of the recorded quanta of the relative spectral sensitivity of one of the scintillation detector variants, calculated for an absorbing two-layer Al filter with a total thickness of 1 μm and a polyvinyltoluene scintillator 200 μm thick using sections from (Callen DE, Hubbel JH, Kissel L. EPDL 97 : The Evaluated Photon Data Library 97, Version // Lawrence Livermore National Laboratory, Report UCRL-50400, 1997, v. 6, Rev. 5).
На Фиг. 4 представлена характерная осциллограмма импульса МРИ, полученная при помощи варианта сцинтилляционного детектора в одном из экспериментов (временное разрешение составляет 5 нс, в качестве фотоприемника использован фотодиод ФД256).In FIG. Figure 4 shows a characteristic oscillogram of an MRI pulse, obtained using a variant of a scintillation detector in one of the experiments (time resolution is 5 ns; the photodetector PD256 was used as a photodetector).
Сцинтилляционный детектор для регистрации импульсного мягкого рентгеновского излучения включает фильтр излучения 1, пленочный сцинтиллятор 2, фотоприемник и световод, обеспечивающий оптическую связь между пленочным сцинтиллятором 2 и фотоприемником, при этом фильтр излучения 1 установлен с зазором перед пленочным сцинтиллятором 2. Световод разделен на приемный 3 и передающий 4 отрезки, фильтр излучения 1 выполнен сменным и закреплен в разборном держателе 5, сцинтилляционный детектор дополнительно содержит герметичный соединитель 6, во внутрь которого вакуумплотно установлен приемный отрезок световода 3 таким образом, что торцы приемного отрезка световода 3 и герметичного соединителя 6 расположены в одной плоскости и образуют оптический вход, к которому при помощи прижима 7 поджат пленочный сцинтиллятор 2 с обеспечением оптического контакта, другой торец приемного отрезка световода 3 и оба торца передающего отрезка световода 4 оснащены самоцентрирующимися оптическими коннекторами 8, герметичный соединитель 6 снабжен вакуумным уплотнением для размещения на стенке-границе 12 вакуумного объема, детектор также содержит защитную крышку 13, установленную на герметичном соединителе 6 поверх прижимной гайки 7 и используемую для фиксации разборного держателя 5, а коннекторы приемного 3 и передающего 4 отрезков световода соединены друг с другом с помощью оптического адаптера 14, и при этом другой коннектор передающего отрезка световода 4 подключен к фотоприемнику.A scintillation detector for detecting pulsed soft x-ray radiation includes a
При работе заявляемого сцинтилляционного детектора регистрируемый наносекундный импульс мягкого рентгеновского излучения сначала, как правило, ослабляется расстоянием в вакууме до уровня ~1022 квантов/(см2⋅с) и затем попадает на фильтр излучения 1. Фильтр излучения 1 сцинтилляционного детектора подобран таким образом, что согласно своему спектральному коэффициенту пропускания блокирует излучение видимого и ультрафиолетового диапазона и избирательно пропускает к пленочному сцинтиллятору 2 регистрируемую часть спектра. Пленочный сцинтиллятор 2 преобразует падающий на его внешнюю поверхность импульс МРИ в люминесцентное излучение оптического диапазона спектра. Люминесцентное излучение пленочного сцинтиллятора 2 через торец приемного отрезка световода 3 выводится из вакуума. Скорость, интенсивность и спектр люминесценции пленочного сцинтиллятора 2 определяются параметрами пленочного сцинтиллятора 2, например его химическим составом и качеством изготовления. Затем, практически без потерь, благодаря использованию оптических коннекторов 8, самоцентрирующихся в оптическом адаптере 14, люминесцентное излучение из приемного отрезка световода 3 поступает в передающий отрезок световода 4. По передающему отрезку световода 4 импульс люминесцентного излучения поступает на фотоприемник. Электрический выход фотоприемника подключен к осциллографу, регистрирующему и отображающему электрический сигнал в виде осциллограммы.During the operation of the inventive scintillation detector, the detected nanosecond pulse of soft x-ray radiation is, as a rule, attenuated by the distance in vacuum to a level of ~ 10 22 quanta / (cm 2 ⋅ s) and then hits the
В качестве примера изобретения на Фиг. 1, 2 представлены конструкция и фотография сцинтилляционного детектора, разработанного, изготовленного и прошедшего испытание в экспериментах. В данном сцинтилляционном детекторе использован двухслойный оптически плотный поглощающий фильтр излучения из Al суммарной толщиной 1 мкм. Применен пленочный сцинтиллятор на основе поливинилтолуола толщиной 200 мкм с максимумом люминесцентного излучения 435 нм. Диаметр передающего отрезка световода составляет 400 мкм, что в два раза меньше используемого диаметра приемного отрезка световода. Использованы отрезки кварц-полимерного световода марки КП. В самоцентрирующихся оптических коннекторах использовано соединение ST-типа (Straight Tip/Bayonet Fiber Optic Connector). В качестве фотоприемника использован фотодиод ФД256. Надежность и качество вакуумного уплотнения обеспечены тем, что герметичный соединитель выполнен из латуни и закреплен на стенке-границе вакуумного объема при помощи стальной гайки М8, шайбы и прокладки-уплотнителя, изготовленной из вакуумной резины. Прижим выполнен из латуни и закреплен на герметичном соединителе с помощью резьбы М4. Детали разборного держателя выполнены из нержавеющей стали, соединены друг с другом и закреплены на защитной крышке с помощью винтов с резьбой М2. Фильтр излучения удерживается на полированной поверхности детали разборного держателя силой поверхностного натяжения. Защитная крышка выполнена из латуни и установлена на герметичном соединителе с помощью резьбы М8. Защитная крышка и самоцентрирующийся оптический коннектор приемного отрезка световода зафиксированы шпильками М3. Приемный отрезок световода вакуумплотно вклеен в герметичный соединитель с помощью эпоксидной смолы ЭД-20. Длина герметичного соединителя выбрана оптимальной для толщины стенки-границы вакуумного объема 8 мм. В результате, длина установленной на стенке-границе части сцинтилляционного детектора составляет 80 мм, диаметр - 16 мм.As an example of the invention in FIG. Figures 1 and 2 show the design and photograph of a scintillation detector developed, manufactured, and tested in experiments. This scintillation detector uses a two-layer optically dense absorbing radiation filter from Al with a total thickness of 1 μm. A film scintillator based on polyvinyl toluene 200 μm thick with a maximum of luminescent radiation of 435 nm was used. The diameter of the transmitting segment of the fiber is 400 μm, which is two times less than the used diameter of the receiving section of the fiber. Used segments of a quartz-polymer fiber brand KP. Self-centering optical connectors use an ST-type connection (Straight Tip / Bayonet Fiber Optic Connector). The photodetector FD256 was used as a photodetector. Reliability and quality of the vacuum seal are ensured by the fact that the sealed connector is made of brass and mounted on the wall-border of the vacuum volume using an M8 steel nut, a washer and a gasket-seal made of vacuum rubber. The clamp is made of brass and mounted on a sealed connector using an M4 thread. Parts of the collapsible holder are made of stainless steel, connected to each other and mounted on a protective cover with screws with M2 thread. The radiation filter is held on the polished surface of a collapsible holder part by surface tension. The protective cover is made of brass and mounted on an airtight connector using an M8 thread. The protective cover and the self-centering optical connector of the receiving section of the fiber are fixed with M3 studs. The receiving section of the fiber is vacuum-tightly glued into the sealed connector using epoxy resin ED-20. The length of the sealed connector is chosen optimal for the thickness of the wall-border of the vacuum volume of 8 mm As a result, the length of the part of the scintillation detector mounted on the wall-boundary is 80 mm, and the diameter is 16 mm.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112900A RU2643219C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017112900A RU2643219C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2643219C1 true RU2643219C1 (en) | 2018-01-31 |
Family
ID=61173538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017112900A RU2643219C1 (en) | 2017-04-13 | 2017-04-13 | Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2643219C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720214C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vacuum x-ray diode for recording soft x-rays |
| RU2826523C2 (en) * | 2022-12-21 | 2024-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова" (ФГБОУ ВО СОГУ им. К.Л.Хетагурова) | Continuous x-ray radiation detector for scanning electron microscope |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529447C2 (en) * | 2012-12-18 | 2014-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of determining ionising radiation characteristics and apparatus therefor |
| RU161514U1 (en) * | 2015-07-22 | 2016-04-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА") | DETECTOR BLOCK |
| US20160124094A1 (en) * | 2013-06-14 | 2016-05-05 | University Of Tennessee Research Foundation | Radiation detector for imaging applications with stabilized light output |
-
2017
- 2017-04-13 RU RU2017112900A patent/RU2643219C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529447C2 (en) * | 2012-12-18 | 2014-09-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of determining ionising radiation characteristics and apparatus therefor |
| US20160124094A1 (en) * | 2013-06-14 | 2016-05-05 | University Of Tennessee Research Foundation | Radiation detector for imaging applications with stabilized light output |
| RU161514U1 (en) * | 2015-07-22 | 2016-04-20 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА") | DETECTOR BLOCK |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ю.Я. Нефедов, П.Л. Усенко "Сцинтилляционный детектор импульсного мягкого рентгеновского излучения", ПТЭ, 2016, N1, с. 113-117. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2720214C1 (en) * | 2019-09-24 | 2020-04-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Vacuum x-ray diode for recording soft x-rays |
| RU2826523C2 (en) * | 2022-12-21 | 2024-09-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова" (ФГБОУ ВО СОГУ им. К.Л.Хетагурова) | Continuous x-ray radiation detector for scanning electron microscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3327602B2 (en) | Radiation detection optical transmission device | |
| JP6108394B2 (en) | Radiation energy distribution detection method and detection apparatus therefor | |
| CN112596096B (en) | Ultrafast gamma ray real-time detection device based on SiPM | |
| US9995841B2 (en) | Compact scintillation detector | |
| US20210141103A1 (en) | Backscatter detection module | |
| US7301152B2 (en) | Lightweight planar detector for objects contaminated with particle radiation | |
| RU2643219C1 (en) | Scintillation detector for registration of pulse soft x-ray radiation | |
| JP5146638B2 (en) | Scintillation detector for 1cm dose equivalent meter | |
| JP5890899B2 (en) | Device and method for measuring effective atomic number of object | |
| Rushbrooke et al. | Optical fibre readout and performance of small scintillating crystals for a fine-grained gamma detector | |
| US8907289B2 (en) | Subatomic particle detector capable of ignoring shock induced counts | |
| US4542290A (en) | Apparatus for recording emissions from a rapidly generated plasma from a single plasma producing event | |
| JP5043540B2 (en) | Radiation detector | |
| Artikov et al. | Optimization of light yield by injecting an optical filler into the co-extruded hole of the plastic scintillation bar | |
| JP5669782B2 (en) | Radioactivity inspection equipment | |
| RU2308056C1 (en) | Scintillation detector | |
| KR102053928B1 (en) | X-ray analysis system and x-ray analysis method | |
| McElhaney et al. | A ruggedized ZnS (Ag)/epoxy alpha scintillation detector | |
| JP3462871B2 (en) | Radiation detection optical transmission device | |
| Artikov et al. | New-generation large-area muon scintillation counters with wavelength shifter fiber readout for CDF II | |
| DeHaven et al. | Quantum dots microstructured optical fiber for x-ray detection | |
| CN108663705B (en) | Cladding method of composite crystal and composite crystal detector | |
| JP6238344B2 (en) | Large solid angle gamma ray and beta ray simultaneous detection device | |
| RU2826523C2 (en) | Continuous x-ray radiation detector for scanning electron microscope | |
| RU2290664C1 (en) | Detector of penetrating radiations |