RU2794236C1 - Complex for measuring the light yield of scintillation strips - Google Patents
Complex for measuring the light yield of scintillation strips Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794236C1 RU2794236C1 RU2022125444A RU2022125444A RU2794236C1 RU 2794236 C1 RU2794236 C1 RU 2794236C1 RU 2022125444 A RU2022125444 A RU 2022125444A RU 2022125444 A RU2022125444 A RU 2022125444A RU 2794236 C1 RU2794236 C1 RU 2794236C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scintillation
- photodetector
- strip
- fixed
- complex according
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к сцинтилляционным детекторам ионизирующего излучения, и может быть использовано для тестирования и исследования характеристик тонких сцинтилляционных полосок (стрипов) перед их установкой в координатно-трековые детектирующие системы, в том числе в мюонные годоскопы.The invention relates to the field of measurement technology, namely to scintillation detectors of ionizing radiation, and can be used to test and study the characteristics of thin scintillation strips (strips) before installing them in coordinate-tracking detection systems, including muon hodoscopes.
Уровень техникиState of the art
Координатно-трековые детекторы получили широкое применение при решении задач в различных областях физики (ядерная физика, физика частиц, космо- и астрофизика и т.д.). Отдельным подклассом являются координатно-трековые детекторы на основе пластиковых сцинтилляторов.Coordinate track detectors are widely used in solving problems in various fields of physics (nuclear physics, particle physics, space and astrophysics, etc.). A separate subclass is coordinate-tracking detectors based on plastic scintillators.
Как правило, координатно-трековые сцинтилляционные детекторы изготавливаются на основе узких тонких сцинтилляционных полос (стрипов), уложенных в одну плоскость, часто называемую координатным слоем. В случае прохождения через такой слой заряженной элементарной частицы в соответствующем стрипе генерируется сцинтилляционная вспышка, которая регистрируется фотоприемником. Таким образом, по срабатыванию фотоприемника определяется номер сработавшего стрипа, который пересчитывается в координату. Если в приборе чередуются координатные слои с взаимно перпендикулярным расположением сцинтилляционных стрипов, то можно восстановить трек заряженной частицы.As a rule, coordinate track scintillation detectors are made on the basis of narrow thin scintillation strips (strips) laid in one plane, often called the coordinate layer. If a charged elementary particle passes through such a layer, a scintillation flash is generated in the corresponding strip, which is recorded by a photodetector. Thus, by actuation of the photodetector, the number of the actuated strip is determined, which is converted into a coordinate. If the instrument alternates coordinate layers with mutually perpendicular arrangement of scintillation strips, then it is possible to restore the charged particle track.
В последнее время для проведения различных прикладных исследований в области мюонной диагностики крупномасштабных объектов и природных явлений используют сцинтилляционные мюонные годоскопы, состоящие из большого числа координатных слоев и тысяч сцинтилляционных стрипов.Recently, muon scintillation hodoscopes, consisting of a large number of coordinate layers and thousands of scintillation strips, have been used to conduct various applied studies in the field of muon diagnostics of large-scale objects and natural phenomena.
Стрипы для координатно-трековых детекторов изготавливаются из пластика с добавлением сцинтиллирующих веществ. Светосбор осуществляется с торца стрипа, поэтому амплитуда снимаемого сигнала сильно зависит от расстояния между фотоприемником и местом прохождения частицы. Кроме того, величина сигнала зависит от оптических свойств пластика. Для улучшения светосбора часто используют спектросмещающие оптические волокна, которые вклеивают в стрип по всей его длине, кроме этого сцинтилляционные стрипы покрывают различными светоотражающими красками.Strips for coordinate track detectors are made of plastic with the addition of scintillating agents. Light collection is carried out from the end of the strip, so the amplitude of the recorded signal strongly depends on the distance between the photodetector and the place where the particle passes. In addition, the magnitude of the signal depends on the optical properties of the plastic. To improve light collection, spectrum-shifting optical fibers are often used, which are glued into the strip along its entire length; in addition, scintillation strips are coated with various reflective paints.
Поскольку оптические свойства пластика, качество клея, оптоволокна и краски могут значительно меняться от партии к партии, необходимо проводить тестирование сцинтилляционных стрипов с целью определения параметров их откликов на заряженные частицы.Since the optical properties of plastics, the quality of adhesives, fibers and paints can vary significantly from batch to batch, it is necessary to test scintillation strips in order to determine the parameters of their responses to charged particles.
В примере реализации изобретения из патента RU 2461903 20.09.2012 описано устройство для калибровки мюонных годоскопов, состоящее из двух горизонтальных координатных детекторов, контроллера, схемы совпадения и компьютера. Калибруемый годоскоп помещается между двумя параллельными горизонтальными координатными детекторами. Выходы со всех слоев мюонного годоскопа соединяются с входами контроллера. Выходы обоих координатных детекторов соединяются с входами схемы совпадений. Выход схемы совпадений соединен с этим же контроллером. При пролете мюона через координатные детекторы происходит срабатывание схемы совпадения, сигнал от которой передается на контроллер. Когда на контроллер приходит сигнал от схемы совпадения, он считывает координаты прошедшего мюона со всех слоев годоскопа. Контроллер передает на компьютер информацию о треке мюона, прошедшего через координатные детекторы и соответствующую информацию с годоскопа. На компьютере производится оценка эффективности срабатывания отдельных каналов годоскопа, а также строятся пространственно-угловые распределения потока мюонов, прошедших через координатные плоскости, и сравниваются с распределениями, полученными от мюонного годоскопа.In the embodiment of the invention from patent RU 2461903 09/20/2012, a device for calibrating muon hodoscopes is described, consisting of two horizontal coordinate detectors, a controller, a coincidence circuit and a computer. The hodoscope to be calibrated is placed between two parallel horizontal coordinate detectors. The outputs from all layers of the muon hodoscope are connected to the controller inputs. The outputs of both coordinate detectors are connected to the inputs of the coincidence circuit. The output of the coincidence circuit is connected to the same controller. When a muon passes through the coordinate detectors, the coincidence circuit is triggered, the signal from which is transmitted to the controller. When the controller receives a signal from the coincidence circuit, it reads the coordinates of the passed muon from all layers of the hodoscope. The controller transmits to the computer information about the track of the muon that passed through the coordinate detectors and the corresponding information from the hodoscope. The computer evaluates the efficiency of operation of individual channels of the hodoscope, and also plots the spatial-angular distributions of the muon flux passing through the coordinate planes and compares them with the distributions obtained from the muon hodoscope.
Основным недостатком описанного устройства является тот факт, что оно калибрует стрипы годоскопа после его сборки и в случае обнаружения в составе годоскопа некачественных стрипов появляется необходимость их демонтажа из уже собранного прибора.The main disadvantage of the described device is the fact that it calibrates the hodoscope strips after its assembly, and if low-quality strips are found in the hodoscope, it becomes necessary to dismantle them from the already assembled device.
Из патента на изобретение RU 2664928 23.08.2018 известно устройство контроля параметров сцинтилляционного детектора. Устройство состоит из двух вспомогательных детекторов частиц, схемы измерения и оцифровки амплитуды импульса, схемы совпадений, контроллера и компьютера. Тестируемый сцинтилляционный детектор, состоящий из сцинтиллятора и фотоприемника, размещен между вспомогательными детекторами частиц. При этом имеется возможность перемещения вспомогательных детекторов вдоль координатной оси. Выход сцинтилляционного детектора с фотоприемника соединен с входом схемы измерения и оцифровки амплитуды импульса. Вспомогательные детекторы соединены через схему совпадений со вторым из входов схемы измерения и оцифровки амплитуды импульса. Выход схемы измерения и оцифровки амплитуды импульса соединен через контроллер с компьютером. Устройство работает следующим образом. При пролете мюона через вспомогательные детекторы и сцинтилляционный детектор сигнал с выхода фотоприемника поступает на схему измерения и оцифровки амплитуды импульса, как и от схемы совпадения. Оцифрованное значение амплитуды сигнала сцинтилляционного детектора через контроллер поступает на компьютер. Недостатком этого устройства является использование в качестве источника релятивистских частиц (атмосферных мюонов), такое устройство имеет малую скорость набора статистики и требует длительного времени для проведения измеренийFrom the patent for invention RU 2664928 08/23/2018, a device for monitoring the parameters of a scintillation detector is known. The device consists of two auxiliary particle detectors, a circuit for measuring and digitizing the pulse amplitude, a coincidence circuit, a controller, and a computer. The scintillation detector under test, consisting of a scintillator and a photodetector, is placed between the auxiliary particle detectors. In this case, it is possible to move the auxiliary detectors along the coordinate axis. The output of the scintillation detector from the photodetector is connected to the input of the circuit for measuring and digitizing the pulse amplitude. Auxiliary detectors are connected through a coincidence circuit to the second of the inputs of the circuit for measuring and digitizing the pulse amplitude. The output of the circuit for measuring and digitizing the pulse amplitude is connected through the controller to the computer. The device works as follows. When a muon flies through the auxiliary detectors and the scintillation detector, the signal from the output of the photodetector arrives at the circuit for measuring and digitizing the pulse amplitude, as well as from the coincidence circuit. The digitized value of the signal amplitude of the scintillation detector is fed to the computer through the controller. The disadvantage of this device is the use of relativistic particles (atmospheric muons) as a source, such a device has a low rate of statistics collection and requires a long time for measurements.
Из статей Н.В. Ампилогова и др. «Применение мюонного годоскопа УРАГАН для калибровки детекторов заряженных частиц», Известия РАН. Серия физическая, 2015, Т. 79, №3., С. 420-422 и О.И. Ликий и др. «Исследование характеристик сцинтилляционных детекторов установки НЕВОД-ШАЛ», Приборы и техника эксперимента. 2016. №6. С. 5-13 известно устройство для исследования характеристик детекторов заряженных частиц. Устройство состоит из мюонного годоскопа, контроллера, блока анализа разверток сигналов и электронной вычислительной машины. Плоскости годоскопа соединены с контроллером, выход контроллера соединен с электронной вычислительной машиной. Блок анализа разверток сигналов также соединен с электронной вычислительной машиной. Кроме этого, от контроллера к блоку анализа разверток сигналов идет линия синхронизации. Исследуемый детектор заряженных частиц устанавливается на мюонный годоскоп и подключается к блоку анализа разверток сигналов. Атмосферный мюон проходит сначала через тестируемый детектор, а потом через годоскоп. При этом контроллер передает синхросигнал на блок анализа разверток сигналов, при получении которого блок анализа разверток сигналов передает оцифрованную развертку на электронную вычислительную машину. Контроллер в это время также передает данные на электронную вычислительную машину, по данным годоскопа электронная вычислительная машина реконструирует трек мюона и рассчитывает точку, в которой мюон пересекает тестируемый детектор. Измерения повторяются много раз, в результате чего формируется зависимость отклика тестируемого детектора заряженных частиц от координат прохождения частицы. Недостатком данного устройства является низкая скорость проводимых измерений, поскольку через один квадратный сантиметр атмосферные мюоны проходят примерно один раз в две минуты. Таким образом, на проведение полного исследования детектора необходимо 2-3 дня.From the articles of N.V. Ampilogova et al. “Use of the URAGAN muon hodoscope for calibrating charged particle detectors”, Izvestiya RAN. Physical series, 2015, vol. 79, no. 3., pp. 420-422 and O.I. Likiy et al. “Investigation of the characteristics of the scintillation detectors of the NEVOD-SHAL facility”, Experimental Instruments and Techniques. 2016. No. 6. S. 5-13 known device for studying the characteristics of detectors of charged particles. The device consists of a muon hodoscope, a controller, a signal sweep analysis unit, and an electronic computer. The planes of the hodoscope are connected to the controller, the output of the controller is connected to an electronic computer. The signal sweep analysis unit is also connected to an electronic computer. In addition, there is a synchronization line from the controller to the signal sweep analysis unit. The investigated detector of charged particles is mounted on the muon hodoscope and connected to the signal sweep analysis block. The atmospheric muon passes first through the detector being tested, and then through the hodoscope. In this case, the controller transmits a clock signal to the signal sweep analysis unit, upon receipt of which the signal sweep analysis unit transmits the digitized sweep to the electronic computer. The controller at this time also transmits data to the electronic computer, according to the hodoscope data, the electronic computer reconstructs the muon track and calculates the point at which the muon crosses the tested detector. The measurements are repeated many times, resulting in the dependence of the response of the tested detector of charged particles on the coordinates of the passage of the particle. The disadvantage of this device is the low speed of the measurements, since atmospheric muons pass through one square centimeter approximately once every two minutes. Thus, it takes 2-3 days to conduct a complete examination of the detector.
В патенте на изобретение RU 2647222, 14.03.2018 описано устройство для контроля выхода сцинтилляций и фотолюминесценции порошкообразных сцинтилляторов и люминофоров, состоящее из источника альфа-частиц 241Am, проволочного каркаса для крепления образца и альфа-источника, фотоумножителя, спектрометрического усилителя, многоканального амплитудного анализатора и тефлонового светоотражателя. Тестируемый образец порошкообразного сцинтиллятора или люминофора крепится на проволочном каркасе, напротив него закреплен источник альфа-частиц. Каркас накрывается тефлоновым светоотражателем, объем которого просматривается фотоэлектронным умножителем, выход фотоэлектронного умножителя соединен с входом спектрометрического усилителя, выход спектрометрического усилителя соединен с входом многоканального амплитудного анализатора. Испущенная изотопом 241Am альфа-частица с энергией 5.5 МэВ попадает в тестируемый образец сцинтиллятора, вызывая в нем свечение, фотоны вспышки регистрируются фотоэлектронным умножителем, сигналы которого усиливаются спектрометрическим усилителем и обрабатываются многоканальным амплитудным анализатором. Данное устройство обладает двумя недостатками: во-первых, оно предназначено для тестирования проб порошкообразных сцинтилляторов и люминофоров размерами несколько сантиметров и в предложенном виде не может использоваться для тестирования сцинтилляционных стрипов длиной в несколько метров, во-вторых, в предложенном устройстве при измерении используются тяжелые нерелятивистские альфа-частицы, воздействие которых на сцинтиллятор отличается от воздействия легких релятивистских мюонов и электронов.In the patent for invention RU 2647222, March 14, 2018, a device for controlling the output of scintillations and photoluminescence of powdered scintillators and phosphors is described, consisting of a source of 241 Am alpha particles, a wire frame for attaching the sample and an alpha source, a photomultiplier, a spectrometric amplifier, a multichannel amplitude analyzer and Teflon reflector. A test sample of a powdered scintillator or phosphor is mounted on a wire frame, and a source of alpha particles is fixed opposite it. The frame is covered with a Teflon light reflector, the volume of which is viewed by a photomultiplier tube, the output of the photomultiplier tube is connected to the input of a spectrometric amplifier, the output of the spectrometric amplifier is connected to the input of a multichannel amplitude analyzer. An alpha particle emitted by the 241 Am isotope with an energy of 5.5 MeV enters the test sample of the scintillator, causing a glow in it, flash photons are recorded by a photomultiplier, the signals of which are amplified by a spectrometric amplifier and processed by a multichannel amplitude analyzer. This device has two disadvantages: firstly, it is intended for testing samples of powdered scintillators and phosphors several centimeters in size and, in the proposed form, cannot be used to test scintillation strips several meters long, and secondly, the proposed device uses heavy nonrelativistic alpha particles, the effect of which on the scintillator differs from the effect of light relativistic muons and electrons.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному изобретению является устройство, описанное в статье А.И. Терегулова «Стенд для тестирования сцинтилляционных стрипов», Труды 10-й Баксанской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики, 2010, Т. 2, 277-286. Устройство состоит из светоизолированного бокса, фотоприемника оптических сигналов сцинтилляционного стрипа, двухканального блока анализа разверток сигналов, электронной вычислительной машины, схемы совпадения, устройства позиционирования и мюонного телескопа, состоящего из двух небольших сцинтилляционных счетчиков. Тестируемый сцинтилляционный стрип закрепляется внутри светоизолированного бокса, торец стрипа соприкасается с фотоприемником оптических сигналов сцинтилляционного стрипа, выход которого соединен с первым входом двухканального блока анализа разверток сигналов, который шиной данных соединен с электронной вычислительной машиной. На установленном внутри бокса устройстве позиционирования мюонного телескопа закреплен мюонный телескоп. Устройство позиционирования мюонного телескопа позволяет вручную перемещать мюонный телескоп вдоль тестируемого сцинтилляционного стрипа. Выходы сцинтилляционных счетчиков, входящих в состав мюонного телескопа, соединены со схемой совпадения, выход которой подключен ко второму входу двухканального блока анализа разверток сигналов. Мюонный телескоп расположен над тестируемым стрипом, околовертикальный атмосферный мюон пересекает сначала сцинтилляционные счетчики, а затем тестируемый сцинтилляционный стрип. Сигналы со счетчиков мюонного телескопа поступают на схему совпадений, которая вырабатывает синхросигнал, который приходит на второй вход двухканального блока анализа разверток сигналов. При прохождении мюона через тестируемый сцинтилляционный стрип генерируется сцинтилляционная вспышка, фотоны которой попадают на фотоприемник оптических сигналов сцинтилляционного стрипа, сигнал с фотоприемника поступает на первый вход двухканального блока анализа разверток сигналов. При многократном повторении измерений формируется гистограмма откликов, после обработки которой рассчитывается среднее значение отклика тестируемого сцинтилляционного стрипа на мюон с известными координатами. Далее при помощи устройства позиционирования мюонного телескопа изменяется положение мюонного телескопа и цикл измерений повторяется. Недостатком прототипа является длительное время измерений, поскольку мюонный телескоп позволяет выделять из потока атмосферных мюонов всего несколько частиц в минуту, таким образом для полного измерения световыхода сцинтилляционного стрипа прототипу требуется более суток.The closest analogue (prototype) to the claimed invention is the device described in the article by A.I. Teregulov "Stand for testing scintillation strips", Proceedings of the 10th Baksan Youth School of Experimental and Theoretical Physics, 2010, vol. 2, 277-286. The device consists of a light-isolated box, a photodetector of optical signals from a scintillation strip, a two-channel block for analyzing signal sweeps, an electronic computer, a coincidence circuit, a positioning device, and a muon telescope consisting of two small scintillation counters. The tested scintillation strip is fixed inside the light-insulated box, the end of the strip is in contact with the photodetector of optical signals of the scintillation strip, the output of which is connected to the first input of the two-channel signal sweep analysis unit, which is connected by a data bus to an electronic computer. A muon telescope is fixed on the muon telescope positioning device installed inside the box. The muon telescope positioning device allows you to manually move the muon telescope along the test scintillation strip. The outputs of the scintillation counters included in the muon telescope are connected to a coincidence circuit, the output of which is connected to the second input of the two-channel signal sweep analysis unit. The muon telescope is located above the test strip, the near-vertical atmospheric muon first crosses the scintillation counters, and then the test scintillation strip. The signals from the counters of the muon telescope are fed to the coincidence circuit, which generates a clock signal that arrives at the second input of the two-channel block for analyzing signal sweeps. When a muon passes through the test scintillation strip, a scintillation flash is generated, the photons of which fall on the photodetector of the optical signals of the scintillation strip, the signal from the photodetector arrives at the first input of the two-channel block for analyzing signal sweeps. With repeated repetition of measurements, a response histogram is formed, after processing which the average value of the response of the tested scintillation strip to a muon with known coordinates is calculated. Then, with the help of the muon telescope positioning device, the position of the muon telescope is changed and the measurement cycle is repeated. The disadvantage of the prototype is the long measurement time, since the muon telescope allows you to select only a few particles per minute from the atmospheric muon stream, so the prototype needs more than a day to fully measure the light output of the scintillation strip.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технический результат изобретения заключается в многократном сокращении времени измерения световыхода сцинтилляционного стрипа.The technical result of the invention is to reduce the time of measuring the light output of the scintillation strip many times over.
Указанный технический результат достигается за счет того, что комплекс для измерения световыхода сцинтилляционных стрипов, содержащий двухканальный блок анализа разверток сигналов, электронную вычислительную машину и светоизолированный бокс для размещения тестируемого сцинтилляционного стрипа, внутри которого закреплено устройство позиционирования источника частиц и установлен фотоприемник оптических сигналов сцинтилляционного стрипа, выход фотоприемника оптических сигналов сцинтилляционного стрипа подключен к первому входу двухканального блока анализа разверток сигналов, который соединен с электронной вычислительной машиной шиной передачи данных, в состав комплекса введен источник электронов фиксированной энергии, установленный на устройстве позиционирования источника частиц, причем устройство позиционирования источника частиц дополнительно оснащено электроприводом и контроллером для автоматизации управления положением источника частиц, при этом электропривод находится в функциональной связи с контроллером, который соединен с электронной вычислительной машиной, выход источника электронов фиксированной энергии подключен ко второму входу двухканального блока анализа разверток сигналов, при этом источник электронов фиксированной энергии состоит из корпуса, внутри которого закреплены бета-эмиттер, отклоняющий магнит, сцинтилляционное оптоволокно и триггирующий фотоприемник, в нижней части корпуса источника электронов фиксированной энергии имеется коллимирующее отверстие, сцинтилляционное оптоволокно закреплено над коллимирующим отверстием и торец сцинтилляционного оптоволокна находится в оптическом контакте с триггирующим фотоприемником.The specified technical result is achieved due to the fact that the complex for measuring the light output of scintillation strips, containing a two-channel block for analyzing signal scans, an electronic computer and a light-insulated box for placing the tested scintillation strip, inside which a particle source positioning device is fixed and a photodetector of optical signals of the scintillation strip is installed, the output of the photodetector of the optical signals of the scintillation strip is connected to the first input of the two-channel block for analyzing signal sweeps, which is connected to the electronic computer by a data bus, the complex includes a fixed-energy electron source installed on the particle source positioning device, and the particle source positioning device is additionally equipped with an electric drive and a controller for automating control of the position of the particle source, while the electric drive is in functional communication with the controller, which is connected to an electronic computer, the output of the fixed energy electron source is connected to the second input of the two-channel signal sweep analysis unit, while the fixed energy electron source consists of a housing , inside which a beta-emitter, a deflecting magnet, a scintillation fiber and a triggering photodetector are fixed, in the lower part of the fixed energy electron source housing there is a collimating hole, the scintillation fiber is fixed above the collimating hole, and the end of the scintillation fiber is in optical contact with the triggering photodetector.
В частном случае в качестве бета-эмиттера используется изотоп 90Sr.In a particular case, the 90 Sr isotope is used as a beta emitter.
В другом частном случае в качестве бета-эмиттера используется изотоп 90Y.In another particular case, the 90 Y isotope is used as a beta emitter.
Еще в одном частном случае в качестве бета-эмиттера используется изотоп 137Cs.In another particular case, the 137 Cs isotope is used as a beta emitter.
В частном случае в качестве фотоприемника оптических сигналов сцинтилляционного стрипа используется вакуумный фотоэлектронный умножитель.In a particular case, a vacuum photomultiplier tube is used as a photodetector of optical signals from a scintillation strip.
В другом частном случае в качестве фотоприемника оптических сигналов сцинтилляционного стрипа используется кремниевый фотоэлектронный умножитель.In another particular case, a silicon photomultiplier is used as a photodetector of the optical signals of the scintillation strip.
В частном случае в качестве триггирующего фотоприемника используется вакуумный фотоэлектронный умножитель.In a particular case, a vacuum photomultiplier is used as a triggering photodetector.
В другом частном случае в качестве триггирующего фотоприемника используется кремниевый фотоэлектронный умножитель.In another particular case, a silicon photomultiplier is used as a triggering photodetector.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На Фиг. 1 показана принципиальная схема комплекса для измерения световыхода сцинтилляционных стрипов. Цифрами на Фиг. 1 обозначены:On FIG. 1 shows a schematic diagram of a complex for measuring the light yield of scintillation strips. The numbers in Fig. 1 marked:
1 - светоизолированный бокс;1 - light-insulated box;
2 - тестируемый сцинтилляционный стрип;2 - tested scintillation strip;
3 - фотоприемник оптических сигналов сцинтилляционного стрипа;3 - photodetector of optical signals of the scintillation strip;
4 - двухканальный блок анализа разверток сигналов;4 - two-channel block for analyzing signal sweeps;
5 - электронная вычислительная машина;5 - electronic computer;
6 - источник электронов фиксированной энергии;6 - source of electrons of fixed energy;
7 - устройство позиционирования источника частиц;7 - device for positioning the source of particles;
8 - электропривод;8 - electric drive;
9 - контроллер.9 - controller.
На Фиг. 2 раскрыта принципиальная схема источника электронов фиксированной энергии (позиция 6 на Фиг. 1). Цифрами на Фиг. 2 обозначены:On FIG. 2 discloses a schematic diagram of a fixed energy electron source (
10 - корпус источника электронов фиксированной энергии;10 - body of a fixed energy electron source;
11 - коллимирующее отверстие;11 - collimating hole;
12 - бета-эмиттер;12 - beta emitter;
13 - отклоняющий магнит;13 - deflecting magnet;
14 - сцинтилляционное оптоволокно;14 - scintillation optical fiber;
15 - триггирующий фотоприемник.15 - triggering photodetector.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Как показано на Фиг. 1, в соответствии с настоящим изобретением комплекс для измерения световыхода сцинтилляционных стрипов содержит светоизолированный бокс 1, внутри которого помещен тестируемый сцинтилляционный стрип 2, к торцу тестируемого сцинтилляционного стрипа 2 прислонен фотоприемник оптических сигналов сцинтилляционного стрипа 3, выход которого подключен к первому входу двухканального блока анализа разверток сигналов 4. Двухканальный блок анализа разверток сигналов 4 соединен с электронной вычислительной машиной 5 шиной передачи данных. Внутри светоизолированного бокса 1 закреплено устройство позиционирования источника частиц 7, оснащенное электроприводом 8 и контроллером 9 для автоматизации управления положением источника частиц, контроллер 8 находится в функциональной связи с контроллером 9, который соединен с электронной вычислительной машиной 5. На устройство позиционирования источника частиц 7 установлен источник электронов фиксированной энергии 6, подключенный ко второму входу двухканального блока анализа разверток сигналов 4. Как показано на Фиг. 2, источник электронов фиксированной энергии 6 состоит из корпуса источника электронов фиксированной энергии 10, в нижней части которого имеется коллимирующее отверстие 11, внутри корпуса источника электронов фиксированной энергии 10 закреплены бета-эмиттер 12, отклоняющий магнит 13, сцинтилляционное оптоволокно 14 и триггирующий фотоприемник 15. Сцинтилляционное оптоволокно 14 закреплено над коллимирующим отверстием 11, торец сцинтилляционного оптоволокна 14 находится в оптическом контакте с триггирующим фотоприемником 15. Выход триггирующего фотоприемника 15 является выходом источника электронов фиксированной энергии 6.As shown in FIG. 1, in accordance with the present invention, the complex for measuring the light output of scintillation strips contains a light-insulated
Пример конкретной реализации изобретения. Тестируемый сцинтилляционный стрип 2 длиной 3000 мм, шириной 10 мм и толщиной 7 мм размещается внутри светоизолированного бокса 1, который имеет длину 4000 мм, ширину 400 мм и высоту 400 мм и изготовлен из 12-миллиметровой фанеры, окрашенной черной краской для улучшения светоизоляции. Торец тестируемого сцинтилляционного стрипа 2 прижимается к фотоприемнику оптических сигналов сцинтилляционного стрипа 3, в данном случае фотоприемником оптических сигналов сцинтилляционного стрипа 3 является вакуумный фотоумножитель ФЭУ-115М. Анодный выход фотоумножителя с помощью коаксиального кабеля соединен с первым входом двухканального блока анализа разверток сигналов 4. Для сохранения светоизоляции коаксиальный кабель входит в стенку светоизолированного бокса через кабельный ввод. В качестве двухканального блока анализа разверток сигналов 4 в данном случае используется двухканальный цифровой осциллограф со сканирующим АЦП, имеющий частоту дискретизации 2.5 Гвыборки/с, что позволяет с хорошей точностью измерять форму сигналов фотоумножителя. Двухканальный блок анализа разверток сигналов 4 соединен с электронной вычислительной машиной 5, в качестве которой в данном случае используется персональный компьютер. Цифровой осциллограф и персональный компьютер соединены друг с другом шиной USB.An example of a specific implementation of the invention. The
С внутренней стороны светоизолированного бокса 1 вдоль одной из его длинных стенок закреплено устройство позиционирования источника частиц 7, к которому прикреплен источник электронов фиксированной энергии 6. В данном случае устройство позиционирования источника частиц 7 является однокоординатным и представляет собой направляющую, по которой может перемещаться каретка с привинченным к ней источником электронов фиксированной энергии 6. Каретка снабжена электроприводом 8, изготовленным в данном случае на основе шагового двигателя. Положение каретки управляется с помощью контроллера 9, соединенного с персональным компьютером 5 при помощи шины USB.On the inner side of the light-insulated
В данном случае источник электронов фиксированной энергии 6 имеет длину 120 мм, ширину и высоту по 60 мм. Корпус источника электронов фиксированной энергии 10 изготовлен из алюминия толщиной 5 мм. Такая толщина корпуса достаточна для того, чтобы защитить операторов комплекса от бета-лучей. Внутри корпуса источника электронов фиксированной энергии 10 закреплен бета-эмиттер 12. В данном случае в качестве бета-эмиттера используется изотоп 90Sr активностью 200 Бк. Также внутри корпуса источника электронов фиксированной энергии 10 закреплен отклоняющий магнит 13, направляющий часть испускаемых бета-эмиттером электронов с определенной энергией в коллимирующее сквозное отверстие 11, расположенное в нижней части корпуса источника электронов фиксированной энергии 10 и имеющее размеры 2x2 мм. В данном случае в качестве отклоняющего магнита 13 используется постоянный ферритовый магнит. Над коллимирующим отверстием 11 закреплено сцинтилляционное оптоволокно 14, имеющее в данном случае диаметр 2 мм. Торец сцинтилляционного оптоволокна 14 контактирует с триггирующим фотоприемником 15. В данном случае в качестве триггирующего фотоприемника 15 используется кремниевый фотоэлектронный умножитель с размерами фотокатода 3x3 мм2; для обеспечения оптического контакта торец сцинтилляционного оптоволокна 14 предварительно зашлифован. Выход триггирующего фотоприемника 15 с помощью коаксиального кабеля соединен со вторым входом двухканального блока анализа разверток сигналов 4. Для сохранения светоизоляции коаксиальный кабель проходит через стенку светоизолированного бокса 1 через кабельный ввод.In this case, the fixed
Комплекс работает следующим образом. После того, как тестируемый сцинтилляционный стрип 2 установлен, светоизолированный бокс 1 закрывается и на фотоприемники 3 и 15 подается питание. Электронная вычислительная машина 5 устанавливает режим измерения двухканального блока анализа разверток сигналов 4 «синхронизация по второму входу», а также передает команду контроллеру 9, который с помощью электропривода 8 перемещает каретку с источником электронов фиксированной энергии 6 в противоположный от фотоприемника оптических сигналов конец сцинтилляционного стрипа 3.The complex works as follows. After the
В бета-эмиттере 12 происходит реакция бета-распада ядра стронция-90, в результате которой образуется ядро иттрия-90 и испускается электрон. Максимально возможная энергия электрона от бета-распада стронция-90 не превышает 0.54 МэВ и этот электрон направляется отклоняющим магнитом 13 в стенку корпуса источника электронов фиксированной энергии 10. Ядро иттрия-90 имеет период полураспада 64 часа (значительно меньше, чем у родительского ядра стронция-90, период полураспада которого составляет 28.8 лет), поэтому в бета-эмиттере, содержащем стронций-90 постоянно идут бета-распады образующихся ядер иттрия-90. В результате бета-распада ядер иттрия-90 образуются электроны с энергией до 2.28 МэВ. Большая часть этих электронов отклоняется магнитом 13 и они попадают в стенку корпуса источника электронов фиксированной энергии 10. Однако часть испущенных иттрием-90 электронов направляются отклоняющим магнитом 13 в коллимирующее отверстие 11, пересекая при этом сцинтилляционное оптоволокно 14. Геометрия расположения бета-эмиттера 12, отклоняющего магнита 13 и коллимирующего отверстия 11 подобраны таким образом, что наружу из источника электронов фиксированной энергии 6 вылетают электроны с энергией 1.8±0.1 МэВ. При пересечении электронами сцинтилляционного оптоволокна 14 в нем генерируются фотоны, которые по сцинтилляционному оптоволокну 14 попадают на фотокатод триггирующего фотоприемника 15. В результате на аноде триггирующего фотоприемника 15 появляется сигнал, который по коаксиальному кабелю поступает на второй вход двухканального блока анализа разверток сигналов 4.In the
Вышедший из источника электронов фиксированной энергии 6 электрон попадает на тестируемый сцинтилляционный стрип 2, вызывая в нем сцинтилляционную вспышку, фотоны которой попадают на фотоприемник оптических сигналов сцинтилляционного стрипа 3, в результате чего на его аноде формируется сигнал, который по кабелю поступает на первый вход двухканального блока анализа разверток сигналов 4.The electron released from the source of fixed
Сигнал с фотоприемника оптических сигналов сцинтилляционного стрипа 3 и сигнал с триггирующего фотоприемника 15 поступают на двухканальный блок анализа разверток сигналов 4 с разницей по времени 10-20 нс. После появления сигнала на втором входе двухканальный блок анализа разверток сигналов 4 по интерфейсу USB передает оцифрованную развертку электронной вычислительной машине 5, где сохраняется амплитуда и заряд сигнала, зарегистрированного от тестируемого сцинтилляционного стрипа 2 при данном положении источника электронов фиксированной энергии. После завершения обработки события электронная вычислительная машина 5 отправляет на двухканальный блок анализа разверток сигналов 4 команду о начале нового измерения.The signal from the photodetector of the optical signals of the
В данном случае при одном и том же положении источника электронов фиксированной энергии измерения повторяются не менее 1000 раз и занимают по времени около 1 минуты. В результате в электронной вычислительной машине 5 набираются амплитудная и зарядовая гистограммы, после обработки которых появляются данные о средней амплитуде и среднем заряде отклика тестируемого сцинтилляционного стрипа при данном положении источника электронов фиксированной энергии 6. После этого электронная вычислительная машина 5 по шине данных USB передает команду контроллеру 9, который при помощи электропривода 8 перемещает каретку с закрепленным на ней источником электронов фиксированной энергии 6 в новое положение и цикл измерений повторяется.In this case, with the same position of the fixed energy electron source, the measurements are repeated at least 1000 times and take about 1 minute in time. As a result, the amplitude and charge histograms are collected in the
При длине стрипа 3000 мм и измерении световыхода через каждые 500 мм измерения занимают порядка 10 минут.With a strip length of 3000 mm and a light output measurement every 500 mm, measurements take about 10 minutes.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет проводить измерение световыхода сцинтилляционного стрипа за меньшее по сравнению с прототипом время, и тем самым увеличивает производительность при создании координатно-трековых детектирующих систем, в том числе мюонных годоскопов.Thus, the proposed invention makes it possible to measure the light output of a scintillation strip in less time compared to the prototype, and thereby increases productivity when creating coordinate-tracking detection systems, including muon hodoscopes.
Claims (8)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2794236C1 true RU2794236C1 (en) | 2023-04-13 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820601C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for monitoring state of multichannel scintillation detector |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2365943C1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Way of determination of scintillation detector parametres |
CN103713003A (en) * | 2014-01-07 | 2014-04-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Device and method for testing afterglow of scintillating material |
RU2664928C1 (en) * | 2017-10-20 | 2018-08-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ (НИЯУ МИФИ) | Method for monitoring parameters of scintillation detector |
RU198513U1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-07-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | STAND FOR TESTS OF SCINTHILLATION SENSORS |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2365943C1 (en) * | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Way of determination of scintillation detector parametres |
CN103713003A (en) * | 2014-01-07 | 2014-04-09 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | Device and method for testing afterglow of scintillating material |
RU2664928C1 (en) * | 2017-10-20 | 2018-08-23 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ (НИЯУ МИФИ) | Method for monitoring parameters of scintillation detector |
RU198513U1 (en) * | 2019-12-30 | 2020-07-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | STAND FOR TESTS OF SCINTHILLATION SENSORS |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2820601C1 (en) * | 2024-02-19 | 2024-06-06 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method for monitoring state of multichannel scintillation detector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108983281A (en) | For measuring detection system and method for the scintillator electronics to be measured with respect to photoyield | |
US7683335B2 (en) | Threshold Cerenkov detector with radial segmentation | |
RU2794236C1 (en) | Complex for measuring the light yield of scintillation strips | |
CN111537855A (en) | Highly-automatic photomultiplier performance testing device and testing method | |
US7599463B2 (en) | Remote sensing device to detect materials of varying atomic numbers | |
Hennig et al. | Digital pulse shape analysis with phoswich detectors to simplify coincidence measurements of radioactive xenon | |
Kaptanoglu et al. | Characterization of the Hamamatsu 8-inch R14688-100 PMT | |
Comrie | A new compact neutron spectrometer | |
CN117647831B (en) | Alpha beta particle counting method and system based on liquid scintillation counter | |
Pechousek | Application of virtual instrumentation in nuclear physics experiments | |
US11726219B2 (en) | Multimodal photon and neutron imaging devices with fast event-by-event multisampling readout and optimized particle type discrimination | |
US20240159921A1 (en) | System and Method to Count Neutrons | |
Dzaparova et al. | Development of the prototype of a large-volume liquid scintillation detector with photosensors based on silicon photomultiplayers | |
Lautridou et al. | Extended pulse shape discrimination capabilities using a CsI-BGO phoswich | |
Carter et al. | A portable cosmic ray detector for engineering, IoT, and science research | |
Quynh et al. | Experimental study of fast neutron detectors with a pulse shape discrimination method | |
Rovelli | Review of beam diagnostics for radioactive beams | |
Philip et al. | Novel Radiation Hard Detector Using YAG: Ce and LuYAG: Ce Fibers for FRIB Instrumentation | |
Han et al. | Design of Beta Coincidence Spectroscopy | |
CN118444362A (en) | Digital beta+-Gamma coincidence positron annihilation lifetime spectrometer | |
Banerjee et al. | Testing and characterization of a scintillator based position sensitive detector assembly for a one-shot gamma ray scanning setup | |
Strekalovsky et al. | Electronics of the fission fragments spectrometer COMETA-F | |
Porter et al. | A study of an acrylic Cerenkov radiation detector | |
Michelagnoli | The performance of AGATA: From the LNL demonstrator to the GANIL setup | |
Banerjee et al. | Developmental status of SiPM coupled scintillator detector for the DEGAS array in FAIR |