RU65247U1

RU65247U1 - SCINTING DETECTOR

Info

Publication number: RU65247U1
Application number: RU2007109271/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Микеров; Александр Павлович Кошелев; Евгений Петрович Боголюбов
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2007-07-27

Abstract

Полезная модель относится к регистрации и обнаружению источника ионизирующего излучения на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д. Техническим результатом полезной модели является расширение энергетического диапазона регистрации проникающих излучений и их видов, повышение эффективности сбора света, возникающего в сцинтилляторе повышение пространственного разрешения регистрации ионизирующей частицы. Технический результат достигается тем, что детектор выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующий пластины, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд закрепленных светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены, по крайней мере, на одном торце пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. 1 с.п.ф. 3 илл.The utility model relates to the registration and detection of a source of ionizing radiation at checkpoints, railway stations, airports, customs, etc. The technical result of the utility model is to expand the energy range of registration of penetrating radiation and their types, increase the efficiency of the collection of light arising in the scintillator, increase the spatial resolution of the registration of an ionizing particle. The technical result is achieved in that the detector is made in the form of at least one scintillating plate containing at least one side of a parallel row of fixed light-emitting fibers, photodiodes of the light-emitting fibers are located at least on one end of the plate and are connected to registration scheme with an output register. 1 s.p.f. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к регистрации и обнаружению источника ионизирующего излучения на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д.The utility model relates to the registration and detection of a source of ionizing radiation at checkpoints, railway stations, airports, customs, etc.

Известен многослойный детектор, выполненный в виде блока из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических элементов, изготовленных из набора материалов, плотность которых монотонно возрастает от первого ряда к последнему слою и фотоприемники. Рекламный листок Института физики твердого тела Российской Академии Наук, Черноголовка, Московской области. 2005 г. «Антитеррористические просвечивающие установки для экспрессного выявления взрывчатых веществ».Known multilayer detector, made in the form of a block of layers of polymer scintillating optical elements made of a set of materials, the density of which increases monotonically from the first row to the last layer and photodetectors. A handout of the Institute of Solid State Physics of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Moscow Region. 2005. "Anti-terrorism translucent installations for the rapid detection of explosives."

Недостатком такого детектора в целом является необходимость получения изображения скрытых предметов при их просвечивании в явочном порядке. Детектор предназначен для регистрации лишь одного типа излучения, а именно, рентгеновского и не может регистрировать нейтронное излучение.The disadvantage of such a detector as a whole is the need to obtain images of hidden objects when they are seen through in an explicit manner. The detector is designed to detect only one type of radiation, namely, x-ray and cannot detect neutron radiation.

Известен сцинтиллирующий детектор, содержащий блок из водородосодержащих сцинтиллирующих оптических элементов, уложенных рядами попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и фотоприемники. В детекторе сцинтиллирующие оптические элементы выполнены в виде стержней с прямоугольным сечением, на одной из граней каждого стержня выполнены пазы, в пазах размещены сцинтиллирующие волокна, на торцах волокон расположены фотодиоды, фотодиоды обеспечены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек. Патент Российской Федерации на полезную модель №54440, МПК: G01Т 3/06, 2006 г. Прототип. Прототип обладает низкой технологичностью изготовления детектора (обработка каждого отдельного стержня, выполнение в нем канавок и т.п.). Задачей полезной Known scintillation detector containing a block of hydrogen-containing scintillating optical elements, stacked in rows alternately in two mutually perpendicular directions, and photodetectors. In the detector, scintillating optical elements are made in the form of rods with a rectangular cross-section, grooves are made on one of the faces of each rod, scintillating fibers are placed in the grooves, photodiodes are located at the ends of the fibers, photodiodes are provided with leads for connection with scintillation flash detection circuits. Patent of the Russian Federation for utility model No. 544440, IPC: G01T 3/06, 2006. Prototype. The prototype has low manufacturability of the detector manufacturing (processing of each individual rod, making grooves in it, etc.). Useful task

модели является разработка технологичного детектора излучений для визуализации пространственного распределения плотности потока ионизирующих излучений с улучшенными свойствами: повышенной эффективностью, стабильностью, механической прочностью, сроком службы. Разработка детекторов практически любой площади, не требующих высоковольтного питания, специальных помещений и т.п.The model is the development of a technological radiation detector for visualizing the spatial distribution of the flux density of ionizing radiation with improved properties: increased efficiency, stability, mechanical strength, and service life. Development of detectors of almost any area that do not require high-voltage power, special rooms, etc.

Техническим результатом полезной модели является расширение энергетического диапазона регистрации проникающих излучений и их видов, повышение эффективности сбора света, возникающего в сцинтилляторе при прохождении через него ионизирующей частицы и его транспортировки к фотодиодам, повышение пространственного разрешения регистрации ионизирующей частицы.The technical result of the utility model is to expand the energy range for detecting penetrating radiations and their types, increase the efficiency of the collection of light arising in the scintillator when an ionizing particle passes through it and transport it to photodiodes, and increase the spatial resolution of registration of an ionizing particle.

Технический результат достигается тем, что в сцинтиллирующим детекторе, содержащем блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек, блок сцинтиллирующих оптических элементов выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующей пластины, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд закрепленных светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены, по крайней мере, на одном торце пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. По крайней мере, одна пластина покрыта, по крайней мере, с одной стороны светопоглощающим слоем, выполненным из материала с тем же коэффициентом преломления, что и у сцинтиллирующей пластины для поглощения света от сцинтилляционной вспышки.The technical result is achieved in that in a scintillating detector containing a block of scintillating optical elements with light-emitting fibers at the ends of which photodiodes are located, the photodiodes are equipped with leads for connecting to scintillation flash detection circuits, the block of scintillating optical elements is made in the form of at least one scintillating plates containing at least on one side a parallel row of fixed light-emitting fibers, photodiodes are light-emitting x fibers are located at least at one end of the plate and are connected to the registration circuit with the output register. At least one plate is coated on at least one side with a light-absorbing layer made of a material with the same refractive index as that of a scintillating plate to absorb light from a scintillation flash.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-3. На фиг.1 представлена схема однокоординатного детектора, где: 1 - сцинтиллирующая пластина, 2 - светопереизлучающие волокна, 3 - The essence of the utility model is illustrated in figures 1-3. Figure 1 presents a diagram of a single-axis detector, where: 1 - scintillating plate, 2 - light-emitting fibers, 3 -

фотодиоды. На фиг.2 представлено устройство однокоординатного детектора со светопоглощающими слоями, где: 1 - сцинтиллирующая пластина, 2 - светопереизлучающие волокна, 4 - светопоглощающие слои (пластины). На фиг.3 схематично представлена электронная схема с двумя усилителями, двумя дискриминаторами и схемой совпадений, где: 3 - фотодиоды, 5 - первый аналоговый усилитель, 6 - второй аналоговый усилитель, 7 - первый аналоговый выход, 8 - второй аналоговый выход, 9 - первый дискриминатор, 10 - второй дискриминатор, 11 - схема совпадений.photodiodes. Figure 2 presents the device of a single-axis detector with light-absorbing layers, where: 1 - scintillating plate, 2 - light-emitting fibers, 4 - light-absorbing layers (plates). Figure 3 schematically shows an electronic circuit with two amplifiers, two discriminators and a coincidence circuit, where: 3 - photodiodes, 5 - the first analog amplifier, 6 - the second analog amplifier, 7 - the first analog output, 8 - the second analog output, 9 - first discriminator, 10 - second discriminator, 11 - match pattern.

Сцинтиллирующий детектор (фиг.1) состоит из сцинтиллирующей пластины 1, выполненной из пластмассы, органического кристалла, кристаллического сцинтиллятора, сцинтиллирующего стекла с встроенными светопереизлучающими волокнами 2, на торцах которых расположены фотодиоды (фотоприемные устройства). При прохождении через сцинтиллирующий детектор ионизирующей частицы сигнал возникает в нескольких ближайших фотодиодах 2, количество которых определяется количеством рожденных фотонов. Определение координаты сцинтилляционной вспышки проводят на основании сравнения амплитуд сигналов поступивших с различных фотодиодов 2 и нахождения центра тяжести пространственного распределения этих сигналов. При прохождении через сцинтиллирующую пластину 1 ионизирующей частицы в ней рождаются фотоны, распространяющиеся во все стороны. Часть фотонов проходит через светопереизлучающие волокна 3, в которых первичные фотоны частично (примерно с вероятностью 0,8) захватываются и излучают вторичные фотоны с большей длиной волны. Частично (примерно 5%) вторичные фотоны за счет полного внутреннего отражения на границе волокно и его оболочка доходят до торца волокна, где попадают на фотоприемное устройство - фотодиоды 3. В зависимости от типа используемого фотоприемного устройства (ФЭУ или фотодиода) вторичные фотоны генерируют с вероятностью от 0,1 до 0,8 в фотоэлектроны.The scintillating detector (Fig. 1) consists of a scintillating plate 1 made of plastic, an organic crystal, a crystalline scintillator, scintillating glass with integrated light-emitting fibers 2, at the ends of which are photodiodes (photodetectors). When an ionizing particle passes through a scintillating detector, the signal arises in several nearby photodiodes 2, the number of which is determined by the number of photons generated. The determination of the coordinates of the scintillation flash is carried out on the basis of a comparison of the amplitudes of the signals received from various photodiodes 2 and finding the center of gravity of the spatial distribution of these signals. When an ionizing particle passes through the scintillating plate 1, photons are generated in it, propagating in all directions. Some photons pass through light-emitting fibers 3, in which primary photons are partially (approximately with a probability of 0.8) captured and emit secondary photons with a longer wavelength. Partially (approximately 5%) secondary photons due to total internal reflection at the boundary, the fiber and its cladding reach the end of the fiber, where they fall onto the photodetector — photodiodes 3. Depending on the type of photodetector (PMT or photodiode) used, secondary photons are generated with probability from 0.1 to 0.8 in photoelectrons.

Полученный электронный сигнал поступает на вход электронной схемы (фиг.3), предназначенной для дискриминации и усиления сигнала. Электронная схема может содержать также элементы отбора сигналов по совпадениям или антисовпадениям. Амплитуда сигнала, поступающего с того или иного фотодиода 3, зависит от расстояния между светопереизлучающим волокном 2 и треком ионизирующей частицы. При толщине сцинтиллирующей пластины 1, равной диаметру светопереизлучающего волокна 2, сигнал поступает только с двух смежных устройств. Пространственная координата определяется по соотношению сигналов поступивших с нескольких фотодиодов 3 во временном окне, устанавливаемом в зависимости от типа сцинтиллятора, и характеристик электронной схемы. Для улучшения пространственного разрешения на поверхности сцинтиллирующей пластины 1 расположены (фиг.2) светопоглощающие слои (пластины) 4 из материала с тем же коэффициентом преломления и поглощающие свет от сцинтилляционной вспышки, распространяющийся в направления, где светопереизлучающие волокна 2 отсутствуют. При отсутствии светопоглощающих слоев (пластин) 4 свет может попасть на светопереизлучающие волокна 2 за счет полного внутреннего отражения на границе сцинтиллирующая пластина 1 - воздух, что приводит к меньшей зависимости сигнала от расстояния между светопереизлучающим волокном 2 и треком и ухудшению пространственного разрешения. Для уменьшения потерь света светопереизлучающие волокна 2 со сцинтиллирующей пластиной 1 соединяют с помощью оптического контакта (клея) - иммерсионной среды с близким (материалов волокна, коэффициентом преломления. Сцинтиллирующие пластины 1 со светопереизлучающими волокнами 2 и фотодиодами 3 покрыты светоотражающим (типа TYVEK) и светозащитным материалами (фирмы Дюпон). Светопереизлучающие волокна 2 обеспечивают эффективный сбор света, возникающего в сцинтиллирующей The resulting electronic signal is fed to the input of an electronic circuit (figure 3), designed to discriminate and amplify the signal. The electronic circuit may also contain elements for selecting signals for matches or anti-matches. The amplitude of the signal from one or another photodiode 3 depends on the distance between the light-emitting fiber 2 and the track of the ionizing particle. When the thickness of the scintillating plate 1 is equal to the diameter of the light-emitting fiber 2, the signal comes from only two adjacent devices. The spatial coordinate is determined by the ratio of the signals received from several photodiodes 3 in the time window, set depending on the type of scintillator, and the characteristics of the electronic circuit. To improve spatial resolution on the surface of the scintillating plate 1 are located (Fig. 2) light-absorbing layers (plates) 4 of a material with the same refractive index and absorbing light from a scintillation flash propagating in the direction where the light-emitting fibers 2 are absent. In the absence of light-absorbing layers (plates) 4, light can enter the light-emitting fibers 2 due to total internal reflection at the boundary of the scintillating plate 1 - air, which leads to a smaller dependence of the signal on the distance between the light-emitting fiber 2 and the track and a decrease in spatial resolution. To reduce light losses, light-emitting fibers 2 with scintillating plate 1 are connected using optical contact (glue) - an immersion medium with a close one (fiber materials, refractive index. Scintillating plates 1 with light-emitting fibers 2 and photodiodes 3 are coated with reflective (TYVEK type) and light-reflecting materials (DuPont). Light-emitting fibers 2 provide efficient collection of light arising in scintillating

пластине 1 при прохождении ионизирующей частицы и транспортировке света к фотодиодам 3. Фотодиоды 3 подключены к электронной схеме (плате), которая при поступлении сигнала с фотодиода 3 вырабатывает аналоговый сигнал, оцифровывает его и заносит в выходной регистр с указанием времени прихода, номера светопереизлучающего волокна 2 и амплитуды его сигнала (Фиг.3). Сигнал с фотодиода 3 поступает на аналоговый усилитель 5 и/или 6, после которого аналоговый сигнал амплитудой 120 мВ на 1 МэВ поглощенной в сцинтиллирующей пластине 1 энергии частицы, длительностью примерно 100 нс, поступает одновременно на дискриминатор 10 и/или 10 с регулируемым порогом дискриминации и на соответствующий аналоговый выход. В случае применения двух фотодиодов 3 логические сигналы с дискриминаторов идут на схему совпадений 11. Если на обоих входах схемы совпадений 11 появляются сигналы, схема совпадений вырабатывает сигнал, который хранится в выходном регистре схемы. Внешний контроллер опрашивает выходные регистры схем совпадений 11 и в случае наличия в нем сигнала (запроса) осуществляет считывание сигнала с аналогового выхода для его передачи в компьютер для дальнейшей оцифровки и анализа. При этом регистрируется также время прихода запроса и номер регистра (номер фотодиода). Материал сцинтиллирующих пластин 1 для регистрации тепловых нейтронов представляет собой литий содержащее сцинтиллирующее стекло. Материал сцинтиллирующих пластин 1 для регистрации заряженных частиц представляет собой сцинтиллирующее стекло или пластмассовый сцинтиллятор. Материал сцинтиллирующих пластин 1 для регистрации гамма излучения представляет собой сцинтиллирующее стекло, пластмассовый сцинтиллятор или пластины из NaI(Tl) с выходными окнами с двух сторон из стекла. Для повышения пространственного разрешения сцинтиллирующий детектор выполнен из нескольких слоев. Фотодиоды 3 примыкают к торцам светопереизлучающих волокон 2 с зазором 0,2-0,3 мм.plate 1 when an ionizing particle passes and light is transported to photodiodes 3. Photodiodes 3 are connected to an electronic circuit (circuit board) that, when a signal is received from photodiode 3, generates an analog signal, digitizes it and enters it into the output register indicating the time of arrival, number of light-emitting fiber 2 and the amplitude of its signal (Figure 3). The signal from photodiode 3 is fed to an analog amplifier 5 and / or 6, after which an analog signal with an amplitude of 120 mV per 1 MeV of particle energy absorbed in a scintillating plate 1, lasting about 100 ns, is simultaneously transmitted to a discriminator 10 and / or 10 with an adjustable discrimination threshold and to the corresponding analog output. If two photodiodes 3 are used, the logical signals from discriminators go to coincidence circuit 11. If signals appear on both inputs of coincidence circuit 11, the coincidence circuit generates a signal that is stored in the output register of the circuit. An external controller polls the output registers of coincidence schemes 11 and, if there is a signal (request) in it, reads the signal from the analog output for transmission to a computer for further digitization and analysis. At the same time, the time of arrival of the request and the register number (number of the photodiode) are also recorded. The material of the scintillating plates 1 for detecting thermal neutrons is a lithium containing scintillating glass. The material of the scintillating plates 1 for recording charged particles is a scintillating glass or a plastic scintillator. The material of the scintillation plates 1 for detecting gamma radiation is a scintillating glass, a plastic scintillator or NaI (Tl) plates with exit windows on both sides of the glass. To increase the spatial resolution, the scintillation detector is made of several layers. Photodiodes 3 are adjacent to the ends of the light-emitting fibers 2 with a gap of 0.2-0.3 mm.

Claims

1. A scintillating detector containing a block of scintillating optical elements with light-emitting fibers, at the ends of which photodiodes are located, the photodiodes are equipped with leads for connecting with scintillation flash detection circuits, characterized in that the block of scintillating optical elements is made in the form of at least one scintillating plate comprising at least one side of a parallel row of fixed light-emitting fibers, photodiodes of the light-emitting fibers are located, at least at one end of the plate and connected to a registration circuit with an output register.

2. The scintillation detector according to claim 1, characterized in that at least one plate is coated on at least one side with a light-absorbing layer made of a material with the same refractive index as that of a scintillating plate for absorbing light from scintillation flash.