RU739U1 - Сцинтилляционный детектор - Google Patents

Abstract

1. Сцинтилляционный детектор, включающий сцинтиллятор и фотоэлектронный преобразователь, оптически соединенный со сцинтиллятором, отличающийся тем, что между сцинтиллятором и упомянутым преобразователем введен материал, прозрачный к оптическому излучению сцинтиллятора и на обращенной к сцинтиллятору стороне, состоящей из элементов с порядковым номером Z ≥ 50, а сцинтиллятор выполнен толщиной h= (0,5 - 1,0) *L, где L - длина свободного пробега детектируемых частиц в сцинтилляторе, мкм.2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что сцинтиллятор выполнен из CsI(Tl), а упомянутый материал выполнен из слоя Csl, нанесенного на светофильтр с полосой пропускания лямбда ≥ 400 нм.

Description

мастоящая полезная модель относится к технической физике, а ьопее конкретно к устройствам, применяемым для регистрации и измерения энергии корпускулярных частиц в ядерном «ризике, физике вь сокик энергий и Физике плаэмы.

Б зависимости от конкретных условии к детекторам предъявляются-различные треьоаания, в числе таких требовании возможность их функционирования в условиях интенсивного ФОНОВОГО нейтронного и гамма-излучений. Гакие условия характерны для раьоты детекторов в составе диагностической аппаратуры, используемых на установках ядерного синтеза типа окамак ,

Известен полупроводниковый сцинтилляционный детектор корпускулярного излучения, выполненный в Форме монолитного элемента из полупроводникового материала типа с переходным запиранзщим споем между двумя частями этого элемента. идна часть элемента является сцинтиллятором, которая по сравнению с другой частью ., образующей Фотодиод, имеет значительно меньшую поглощающую способность для фотонов, образующихся вследствие поглощения излучения i, см„ заявка ЕПВ No Ш 6358 23Й по кл „ 6 Ш1 Т ,, опуьл. 25.08.1982 г),

Существенным недостатком такого детектора при использовании его в интенсивных полях нейтронного и гаммаизлучений является небольшой срок службы и полная деградация параметров при интенсивности быстрых нейтронов порядка L н/см- и дозе гамма-квантов порядка 10- рад.

Известен сцинтилляционный детектор, включающий сцинтиллятор, торец которого соединен посредством светопровода с Фотоэлектронным умножителем (см, заявка Японии No 57-41698 по кл„ Б 01 Т 1/20, опубл, 04.139.1982г. }.

Известный сцинтилляционный детектор не может быть использован в интенсивные-; полях нейтронного и гаммаизлучений .

ционныи детектор корпускулярного излучения у включающий сцинтиплятор в виде слоя bsli П.; и Фотоэлектрический преобразовательJ оптически соединенный со споем сцинтилпятора tcM. fosniyki. .ixda,i Masato Kosuga, Kej .1. Sumita,, Dal W. Heikkinen.- Effects of 14-Mev Neutron Irradiation on Optical Components for Fusion Diagnostics Journal of Nuclear Science and Technology. - Vol.27, No 7, pp«65i--662., July 1990).,

Сцинтипляционнь е детекторы этого типа являются радиационно-стойкими и могут выдерживать оЬлучение потоком быстрых нейтронов до IS- fees заметного изменения параметров,-.

Сцинтиллятор CsI(Tl)p предназначенный для регистрации заряженных частиц, используется обычно в виде слоя толщиной не менее 1 мм, что приводит к заметной эффективности регистрации Фонового нейтронного и гамма-излучений. Кроме того, Сцинтиллятор находится в оптическом контакте со стеклянной поверхность Е ХОДНОГО окна Фотоэлектрического преобразователя (обычно ФЭУ)-. В результате воздействия фонового излучения быстрых нейтронов в стекле происходят реакции п,р; и (п, ) ,, приводящие к вылету заряженных частиц„ Эти частицы,, достигг я сцинтиллятора, дают в итоге на выходе сцинтилляционного детектора сигналы, не отличимые от сигналов, вызываемых регистрируемым излучением. В резуль1тате сцинтилляционный детектор-прототип не может быть использован для регистрации . заряженных частиц в условиях интенсивного нейтронного фонового излучения.

Задачей настоящей полезной модели являлась разработка такого сцинтилляционного детектора, который бы ое еспечивап регистрацию заряженных частиц с возможностью анализа их по энергиям в условиях интенсивного нейтронного и гаммаизлучений.

Поставленная задача решалась тем, что в сцинтипляционном детекторе, включающем Сцинтиллятор и Фотоэлектрический

преобразователь, оптически соединенный со сцинтилпятором,, между сцинтиллятором и.упомянутым преобразователем введен материал, прозрачный к оптическому излучению сцинтиллятора и состоя1дик1 на стороне, обращенной к сцинтиллятору, из элементов с порядковым номером Z 50, а Сцинтиллятор выполнен толщиной t i; и,, Ь U. и; L. ,, где L - длина свободного прое-ега детектируемых частиц в сцинтип.пяторе. ьцинти.ппятор может ьыть выполнен i-; : i i . ч а упамянутыи материап - и:; слоя usil, нанесенного на светофильтр с попосои лропускдния Д 40й нм«

Дока гйтвльстко суу1,ес-тк(знности признаков Введегние между сцинтилляторам и фото- пектрическим преоЬрэ.зователем MaTepiiana. ,i провранного :: ап и- ескому рпзлученин сцпнтиллятора. и состоящего на стороне,, obpau,e.;:--jn к сциитиллятору., ме элементов с порядковым номером 5г SB приводит к тому, что оЬразоЕ авшиеся в под ..-йствием. Фонового излучения быстрых нейтронов протоны и альФа--частицы сечения -ггих реакций на легких элемантах стекла оказыЕаются порядка сотен Мб ea.AefJiKiiBaKTC: в этом материале (толщина. материала выьирается такой,: чтоьь г .( укла,Ь вался проьег этих

протонов и альфа-частиц и неДают в клад-в излучение

сиинтиллятора „ ь то же Еремя при 50 сечение реакции 1 Г 5 р. И (п,,сС -- .двном материале OKasbisaeTCR Е есьма незначительным и материап оьладает минимально воэможнын сцинтилляционным эффектом под действием нейтронного и гаммаи:злучении:. Гак как материал прозрачен к оптическому ис :пучению сцинтиллятора,, то это излучение проходи г через

материал и регистрируегся Фотоэлектрическим прео.ьра

зователеем., уменьшает эффективность регистрации Фонового нейтронного и гамма-излучения также то,, что оптимизирована ,ина. сцинтиплятора h,, которая лежит Е интервале 0,b.l,i/ длины сБоьодного проьега регистрируемь х сцинти.ппятором частиц,, Ири Ьольшеи чем 1,, И L. толшине сиинтиллят-ора Ечозрастаат эффективность регистрации Фонового излучения, к то время как интенсивность сцинтилляционного излучения, вызванного регистрируемыми заряженными частииами остается неизменной При меньшей чем й, толщине сцинтиплятора амплитуда полезного сигнала становится сравнимом с амплитудой фоновых сигналов. При регистрации а.пьфа.-ча.стиц сцинтилл.ятор может ьыть вь.-полнен из Сз1(Г.)„ В этом случае между ним и фотоэлектрическим преоьразователем ра.змеш,а1ог слой ьз.( и Z-...53),, нанесенный на светофильтр с полосок пропускания « 40Ш нм. Csl прозрачен к излучению CslTl/

I. Д HM ,i , одиака сам оьпадает неьольшмм сцинтипляционным эффектам на длине вопны подавления этого изпучания и установлен светофильтр .и диапа эоне энергии альфа-lac-; иц от к),, 5 l1z-)B до 5,0 МэЕ толвлииа h Csldl; составляет QT 3 „И до 31 мкм. Нанесение таких толщин сцинтилпятора легко мажет быть .лиэовано методом вакуумного напыления,

н в т о рам и 5 Е е с т н а ь: Q н с т р у i:: ц и я с и. и н т и гт л я ц и о и и о г о детектораS в котором между счлинтилятором и Фотоэлектрическим преоьрэ.фова.тепем нитрид кремния i патент США Wo 4312052, по кп„ НКИ 250-368,, опубл. 19иШ1.1982 г«. Однако в таком деэтекторе слой нитрида кремния предназначен дня изменения локафателя препомления для люминисцентного излучения и заявленном же Дэтекторе дополнительная прослойка материала. служит протектором от заряженный частиц, вылетающих со стороны Фотоэлектри-ческого лреоБраэователя

Заявляемый сцинтилпяииониый детектор ИФОЬражен на чертеже,, где

на и г« 1 п о к а Ф а и о ь ш. и к в и ,а, д е т е к т сз р а.,,

на. фиг „2 показан yse.n н детектора, в paspese,,

на фиг„3 приведены энергетические спектры

регистрируемого Фонового излучения Ьыстрых нейтронов с:: .энергией 14 МэВ Е расчете на 1 нейтрон.СМ- для детектора--прототип.: и Заявляемого де тектораs

1- детектор - прототип с толщиной CsI(Tl) 1мм,

2- детектор с заявляемой толщиной CsIiJl)

h l@MKM|iHo без прослойки Csl,, .3- детектор с :з..чяв.пяемой т о.л щи но и Cs.I(Tl,i

h-1@мкм и с.пое;м Csl т о.л щи но и .100м км и

светофильтром ЖС-И «

Сцинти.лляи.ионный детектор .вк.лючает фотоэлектрический прео&ра.:вовате.пь 1, с з::содньи-1 окном 2 которого оптически состыкован светофи.пьтр 3 с по.посой пропускания Л 400нм. На поверхности светоФи. 3 пос.ледоватепьно нанесены методом вакуумного напыления г с.лой Сз 4 и слой CsI(Tl) 5 толщиной h 0р 5-1,0 L, где L. -- длина свободного пробега регистрируемых частиц. Го.лш,ину с.лоя 4 выбирают такой, чтобы в ней укладывался про&ег протонов и альфа-частиц, генерИру ; мых в стекле светофильтра 3 под действием Фонового излучения нейтронов If гамма-квантов,,

Сцинтилляционный детектор действует следугеадим о&разомг регистрируемые варяженные частицы, проникая в слой 5, генерируют лгоминисцентное и злучение которое Беспрепятственно . проходит в Фотоэлектрический ,преобра:гователь 1 через входное окно 2., вызывая соответствующие электрические сигналы,, Hs-sa незначительной толщины слоя 5 регистрация Фонового излучения окагзывается минимальной. Протоны и альФа-частицы, генерируемые в светофильтре 3 под действием Фонового ис- лучения нейтронов и гамма-квантов и летящие Б направлении слоя 5,, задерживаются слоем 4,, Возникающее под действием Фонового излучения в слое 4 люминисцентное и:злучение с граничной длиной волны, равной ЗбЭнм, задерживается светофильтром 3 и не, проникает в ц -фотоэлектрический преобразователь 1.

Был изготовлен сцинтипляционный детектор для регистрации альфа-частиц с энергией от В., 5 МэВ до 4МэБ в условиях,, типичных для работы на. ьо.пьшик Токамаках (интенсивные потоки быстрых нейтронов с энергией до 14 МэВ и гаммаквантов со средней энергией . 1 МэВ. Детектор был собран на основе фотоэлектронного умножителя ФЭУ--85. В качестве светофильтра бып использован светофильтр марки ЖС-il толщиной 5 мм. На поверхность светофильтра ёыл напылен слой чистого Csl толщиной 100 мкм, что отвечает пробегу наиболее энергичных частиц,,. выбиЕ- аемых из стекла светофильтра под действием потока быстрых нейтронов,. На стой Csl был напылен слой CsI(T.l) толщиной 1@ мкм, что отвечала полному поглощению альфа-частиц с энергией до 4 МэВ, падающих лод углом 20 (условия эксперимента на поверхность детектора,. Результаты сравнения эффективности регистрации Фонового нейтронного излучения детектором-прототипом и заявляемым детектором приведены на Фиг 3п Заявляемый сци.нтилляционный детектор обеспечивает уменьшение эффективности регистрации фонового нейтронного и гамма. излучений в широком диапазоне энергий регистрируемых частиц (Ш,5-5,,0 МэВ) почти на четыре порядка,.

Claims (2)

1. Сцинтилляционный детектор, включающий сцинтиллятор и фотоэлектронный преобразователь, оптически соединенный со сцинтиллятором, отличающийся тем, что между сцинтиллятором и упомянутым преобразователем введен материал, прозрачный к оптическому излучению сцинтиллятора и на обращенной к сцинтиллятору стороне, состоящей из элементов с порядковым номером Z ≥ 50, а сцинтиллятор выполнен толщиной h= (0,5 - 1,0) *L, где L - длина свободного пробега детектируемых частиц в сцинтилляторе, мкм.

2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что сцинтиллятор выполнен из CsI(Tl), а упомянутый материал выполнен из слоя Csl, нанесенного на светофильтр с полосой пропускания лямбда ≥ 400 нм.