RU48068U1

RU48068U1 - TRANSMISSION RADIATION SCREEN

Info

Publication number: RU48068U1
Application number: RU2005110980/22U
Authority: RU
Inventors: Е.П. Боголюбов; Е.А. Монич; А.Е. Монич; В.И. Микеров
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2005-09-10

Abstract

Экран-преобразователь проникающих излучений относится к конструктивным элементам устройств неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами, может быть использован для их дефектоскопии в производственных и полевых условиях, а также для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах. Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и пространственного разрешения не только в параллельном, но и в коническом пучке, возможность радиографии коническим пучком объектов различных размеров, расширение функциональных возможностей детектора, регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, тепловых нейтронов, рентгеновских и гамма лучей. Технический результат достигается тем, что в экране-преобразователе проникающего излучения, каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, каналы скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды. Средство для регистрации излучения с другим спектром расположено на меньшем торце скомпонованного пакета в виде слоя люминофора.Penetrating radiation screen refers to the structural elements of non-destructive testing devices for materials and products by radiation methods, can be used for their flaw detection in production and field conditions, as well as for the detection of hazardous materials at checkpoints, railway stations, airports, customs . The technical result of the utility model is to increase the efficiency and spatial resolution not only in parallel but also in a conical beam, the possibility of radiography with a conical beam of objects of various sizes, expanding the detector's functionality, recording various types of penetrating radiation: fast neutrons, thermal neutrons, x-rays and gamma rays . The technical result is achieved by the fact that in the screen transducer of penetrating radiation, the radiation transportation channels are made in the form of fiber optic scintillators, the channels are arranged in a package in the form of a truncated cone or a truncated pyramid. A means for detecting radiation with a different spectrum is located on the smaller end of the arranged packet in the form of a phosphor layer.

Description

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами и может быть использовано для их дефектоскопии в производственных и полевых условиях, а также для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах.The utility model relates to the field of non-destructive testing of materials and products by radiation methods and can be used for their flaw detection in production and field conditions, as well as for the detection of hazardous materials at checkpoints, railway stations, airports, customs services.

Известен волоконный модуль, собранный из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.Known fiber module, assembled from layers of polymer scintillating optical fibers, stacked alternately in two mutually perpendicular directions.

Патент США №4942302, МПК:G 01 Т 3/06,1990 г.U.S. Patent No. 4,942,302, IPC: G 01 T 3 / 06.1990.

Указанное устройство имеет низкую эффективность, т.к. не обеспечивает двухкоординатную регистрацию протонов отдачи с пробегом меньше поперечного сечения одиночного волокна; а также имеет ограничения по количеству волокон в слое и числу слоев, накладываемые числом используемых фотоприемников. Устройство имеет ограниченное пространственное разрешение, определяемое сечением волокна.The specified device has low efficiency, because does not provide two-coordinate registration of recoil protons with a range less than the cross section of a single fiber; and also has restrictions on the number of fibers in the layer and the number of layers imposed by the number of photodetectors used. The device has a limited spatial resolution, determined by the cross-section of the fiber.

Известен волоконный модуль, собранный из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Торцы волокон расположены в плоскостях граней волоконного параллелепипеда, образуемого слоями волокон. Диаметр волокон равен половине длины свободного пробега протона отдачи в материале волокна.Known fiber module, assembled from layers of polymer scintillating optical fibers, stacked alternately in two mutually perpendicular directions. The ends of the fibers are located in the planes of the faces of the fiber parallelepiped formed by layers of fibers. The diameter of the fibers is equal to half the mean free path of the recoil proton in the fiber material.

Патент Российской Федерации №2119178, МПК:G 01 Т 3/06,Бюл.№26, 1998 г.Patent of the Russian Federation No. 2119178, IPC: G 01 T 3/06, Bull. No. 26, 1998

Этот модуль сложен для реализации, имеет сравнительно низкую эффективность, низкое пространственное разрешение, предназначен для регистрации только быстрых нейтронов.This module is difficult to implement, has a relatively low efficiency, low spatial resolution, and is designed to detect only fast neutrons.

В портативной установке для неразрушающего контроля материалов и изделий используют источники радиационных излучений, характеризующиеся малым размером излучающей области. Причем, плотность излучения источника уменьшается с расстоянием обратно пропорционально квадрату расстояния до источника. При размере исследуемого объекта сравнимом с расстоянием до источника радиационного излучения объект следует облучать коническим пучком.In a portable installation for non-destructive testing of materials and products using radiation sources, characterized by a small size of the emitting region. Moreover, the radiation density of the source decreases with distance in inverse proportion to the square of the distance to the source. When the size of the studied object is comparable with the distance to the radiation source, the object should be irradiated with a conical beam.

В этом случае указанные аналоги не обеспечивают пространственное разрешение для периферийных областей объекта.In this case, these analogues do not provide spatial resolution for the peripheral areas of the object.

Известные детекторы должны располагаться на достаточно больших от источника расстояниях, при которых пучок может считаться параллельным. При этом уменьшается производительность контроля.Known detectors should be located at sufficiently large distances from the source at which the beam can be considered parallel. This decreases the performance of the control.

Для более полного использования излучения, сокращения времени контроля, уменьшения наведенной в объекте активности исследуемый объект и детектор излучения располагают на возможно меньшем расстоянии, при этом объект облучают коническим пучком излучения.To make fuller use of radiation, reduce monitoring time, and reduce the activity induced in the object, the studied object and radiation detector are located at the smallest possible distance, while the object is irradiated with a conical radiation beam.

Для обеспечения высокой эффективности регистрации излучения в детекторе необходимо использовать протяженные вдоль пучка экраны-преобразователи.To ensure high detection efficiency of radiation in the detector, it is necessary to use transducer screens extended along the beam.

При использовании известных детекторов повышение эффективности за счет толщины экрана-преобразователя ограничено происходящей потерей пространственного разрешения: чем больше эффективность, тем меньше пространственное разрешение. Для достижения максимально возможной эффективности регистрации, например, быстрых 14 МэВ нейтронов толщина экрана должна составлять 10-12 см.When using known detectors, the increase in efficiency due to the thickness of the screen converter is limited by the occurring loss of spatial resolution: the higher the efficiency, the lower the spatial resolution. To achieve the highest possible detection efficiency, for example, fast 14 MeV neutrons, the screen thickness should be 10-12 cm.

При расстоянии между источником нейтронов и экраном равном 0,5 м для детектора с экраном толщиной 10 см и диаметром 20 см пространственное разрешение на периферии детектора ухудшится до значения, примерно 1,8 см.When the distance between the neutron source and the screen is 0.5 m for a detector with a screen 10 cm thick and a diameter of 20 cm, the spatial resolution at the periphery of the detector will deteriorate to a value of about 1.8 cm.

Известен экран-преобразователь проникающего излучения, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися капиллярными каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды, или цилиндра, или призмы, на одном торце которого расположено средство, чувствительное к излучению.Known screen transducer of penetrating radiation, made in the form of a truncated cone or a truncated pyramid with diverging capillary channels for transporting radiation, the walls of which have the shape of the side surface of a truncated cone or pyramid, or cylinder, or prism, at one end of which is located a means that is sensitive to radiation.

Патент Российской Федерации №2239822, МПК: G 01 N 23/04, Бюл. №31, от 10.12.2004. Прототип.Patent of the Russian Federation No. 2239822, IPC: G 01 N 23/04, Bull. No. 31, dated December 10, 2004. Prototype.

Прототип сложен в изготовлении, предназначен для работы с протяженным источником излучения, по существу является лишь коллиматором излучения и только средство чувствительное к излучению позволяет его считать экраном-преобразователем. Прототип позволяет выявлять и преобразовывать только один вид излучений.The prototype is difficult to manufacture, designed to work with an extended radiation source, in essence it is only a radiation collimator and only a radiation sensitive tool allows it to be considered a screen-converter. The prototype allows you to identify and convert only one type of radiation.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и пространственного разрешения не только в параллельном, но и в коническом пучке, возможность радиографии коническим пучком объектов различных размеров, расширение функциональных возможностей детектора, регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, тепловых нейтронов, рентгеновских и гамма лучей.The technical result of the utility model is to increase the efficiency and spatial resolution not only in parallel but also in a conical beam, the possibility of radiography with a conical beam of objects of various sizes, expanding the detector's functionality, recording various types of penetrating radiation: fast neutrons, thermal neutrons, x-rays and gamma rays .

Технический результат достигается тем, что в экране преобразователе проникающего излучения, выполненном в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса или пирамиды, или цилиндра, или призмы, на одном торце которого расположено средство чувствительное к излучению, каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, каналы скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды.The technical result is achieved by the fact that in the screen of the transducer of penetrating radiation, made in the form of a truncated cone or a truncated pyramid with diverging channels for transporting radiation, the walls of which are in the form of a lateral surface of a truncated cone or pyramid, or cylinder, or prism, on one end of which there is a sensitive means to radiation, the radiation transportation channels are made in the form of fiber optic scintillators, the channels are arranged in a package in the form of a truncated cone or a truncated iramidy.

Средство для регистрации излучения с другим спектром расположено на меньшем торце скомпонованного пакета в виде слоя люминофора.A means for detecting radiation with a different spectrum is located on the smaller end of the arranged packet in the form of a phosphor layer.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2. На фиг.1 представлена оптическая схема радиографического детектора для конического нейтронного пучка, где: 1 - источник быстрых нейтронов, 2 - экран-преобразователь, выполненный в виде волоконно-оптического усеченного конуса или усеченной пирамиды, 3 - отклоняющее зеркало, 4 -входной проекционный объектив, 5 - усилитель изображения, 6 -масштабирующий объектив, 7 - ПЗС-матрица.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2. Figure 1 presents the optical diagram of a radiographic detector for a conical neutron beam, where: 1 is a source of fast neutrons, 2 is a screen transformer made in the form of a fiber-optic truncated cone or a truncated pyramid, 3 is a deflecting mirror, 4 is an input projection lens , 5 - image amplifier, 6 - scaling lens, 7 - CCD.

На фиг.2 представлен поперечный разрез экрана-преобразователя 2, где: 8 - волокна, 9 - слой люминофора.Figure 2 presents a cross section of the screen of the transducer 2, where: 8 - fiber, 9 - phosphor layer.

- Прямоугольное сечение (около 1×1 мм) волокон обеспечивает достаточно высокую (примерно, 90%) плотность их упаковки в экране. В случае цилиндрических волокон плотность их упаковки в экране ниже. Ниже оказывается и эффективность регистрации.- The rectangular cross-section (about 1 × 1 mm) of the fibers provides a sufficiently high (approximately 90%) density of their packaging in the screen. In the case of cylindrical fibers, their packing density in the screen is lower. Below is the effectiveness of registration.

Волокна 8 экрана - преобразователя 2 изготовлены из полистирола и имеют светоотражающую оболочку. Макетный образец детектора нейтронов имеет экран сечением 150×150 мм.The fibers 8 of the screen of the transducer 2 are made of polystyrene and have a reflective sheath. The prototype model of a neutron detector has a screen with a cross section of 150 × 150 mm.

Протяженность экрана вдоль нейтронного пучка составляет 100 мм. Оптическое изображение, возникающее в экране - преобразователе 2 в результате облучения, переносится по волокнам 8 на поверхность экрана-преобразователя 2, обращенную в сторону отклоняющего зеркала 3, которым передается на входной проекционный объектив 4, а затем с его помощью - на усилитель изображения 5 и далее с помощью масштабирующего объектива 6 на ПЗС-матрицу 7.The length of the screen along the neutron beam is 100 mm. The optical image that arises in the transducer screen 2 as a result of irradiation is transferred through the fibers 8 to the surface of the transducer screen 2 facing the deflecting mirror 3, which is transmitted to the input projection lens 4, and then with its help to the image amplifier 5 and then using a zoom lens 6 to the CCD matrix 7.

В отличие от известных приемников других типов, устройство с волоконно-оптическим экраном - преобразователем 2 является более универсальным, так как его конструкция обеспечивает возможность использования вместо него других типов экранов: дисперсных экранов при регистрации быстрых нейтронов, а также люминесцентных экранов для тепловых нейтронов и рентгеновского излучения. Эти экраны имеют Unlike other types of known receivers, a device with a fiber-optic screen - transducer 2 is more universal, because its design makes it possible to use other types of screens instead of it: dispersed screens for fast neutrons, as well as luminescent screens for thermal neutrons and x-ray radiation. These screens have

толщину от нескольких десятков микрон до нескольких миллиметров. Их устанавливают в фокальной плоскости входного проекционного объектива 4, совпадающей с большим торцом конического экрана-преобразователя 2.thickness from several tens of microns to several millimeters. They are installed in the focal plane of the input projection lens 4, which coincides with the large end of the conical screen of the transducer 2.

При радиографии источник быстрых нейтронов 1 располагают в точке пересечения осей всех волокон 8. Исследуемый образец (на чертеже не показан) устанавливают между источником 1 и экраном-преобразователем 2.When radiography, the source of fast neutrons 1 is located at the point of intersection of the axes of all fibers 8. The test sample (not shown) is installed between the source 1 and the screen transducer 2.

При регистрации быстрых нейтронов волокна 8 экрана-преобразователя 2 выполнены из люминесцирующего полистирола. При регистрации тепловых нейтронов - из люминесцирующего полистирола с добавками бора. При регистрации рентгеновского и гамма излучений волокна 8 выполняют из прозрачных сцинтилляторов, предназначенных для регистрации этих видов излучения: вольфрамат германия, иттриевый гранат и др.When registering fast neutrons, the fibers 8 of the screen-converter 2 are made of luminescent polystyrene. When registering thermal neutrons - from luminescent polystyrene with boron additives. When registering x-ray and gamma radiation, fibers 8 are made of transparent scintillators designed to detect these types of radiation: germanium tungstate, yttrium garnet, etc.

Эффективность регистрации обеспечивается протяженностью экрана-преобразователя 2 вдоль направления распространения излучения.The registration efficiency is provided by the length of the screen transducer 2 along the direction of radiation propagation.

Для регистрации объектов с различными габаритами необходимо изготовить несколько экранов-преобразователей 2 с различными углами между образующими. При этом изменяется и расстояние от источника излучения 1 до торца экрана-преобразователя 2.To register objects with different dimensions, it is necessary to manufacture several transformer screens 2 with different angles between the generators. In this case, the distance from the radiation source 1 to the end of the screen-converter 2 also changes.

При изменении расстояния между источником излучения 1 и образцом необходимо использовать экран-преобразователь 2 с углом между образующими φ, который определяется поперечным размером торца экрана S и расстоянием от него до источника L: φ=S/L. Этим обеспечивается возможность исследовать объекты различного размера.When changing the distance between the radiation source 1 and the sample, it is necessary to use a screen-converter 2 with an angle between the generators φ, which is determined by the transverse size of the screen end S and the distance from it to the source L: φ = S / L. This provides the opportunity to explore objects of various sizes.

Claims

1. The screen transducer of penetrating radiation, made in the form of a truncated cone or a truncated pyramid with diverging channels for transporting radiation, the walls of which are in the form of a side surface of a truncated cone or pyramid, or a cylinder, or a prism, at one end of which there is a radiation sensitive means, different the fact that the radiation transportation channels are made in the form of fiber optic scintillators, the channels are arranged in a package in the form of a truncated cone or a truncated pyramid.

2. The screen transducer of penetrating radiation according to claim 1, characterized in that the means for recording radiation is located on the smaller end of the arranged package in the form of a phosphor layer.