RU83624U1

RU83624U1 - PRISMATIC SPECTROMETER

Info

Publication number: RU83624U1
Application number: RU2009106985/22U
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Боголюбов; Виталий Иванович Микеров
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Призматический спектрометр, содержащий детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и компьютер, отличающийся тем, что детекторный элемент содержит слой сцинтиллятора, элемент, отражающий свет в виде призмы и фотоприемное устройство, фотоприемное устройство расположено на боковой поверхности детекторного элемента, светочувствительная поверхность фотоприемного устройства и поверхность слоя сцинтиллятора расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной, содержит амплитудные дискриминаторы, схему совпадений, внешний контроллер, компьютер с носителем программы для восстановления энергетического спектра излучения.A prism spectrometer containing detectors, optical radiation receivers and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, characterized in that the detector element comprises a scintillator layer, an element that reflects light in the form of a prism and a photodetector, a photodetector is located on the side surface of the detector element , the photosensitive surface of the photodetector and the surface of the scintillator layer are located in mutually perpendicular planes, and the signal processing circuit It is made two-channel, contains amplitude discriminators, a coincidence circuit, an external controller, a computer with a program carrier for restoring the energy spectrum of radiation.

Description

Полезная модель относится к регистрации рентгеновского и гамма излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.The utility model relates to the registration of X-ray and gamma radiation, to the determination of their energy spectrum, to medical X-ray tomography, to non-destructive testing of materials and products by radiographic and tomographic methods, to the detection of sources of ionizing radiation, to the control of baggage contents at checkpoints.

Известен спектрометр двойного рассеяния, содержащий два сцинтиблока, расположенных на расстоянии друг под другом в параллельных плоскостях, выход каждого сцинтиблока соединен с входами блока электронных схем, информационные выходы которого соединены с входом регистрирующего устройства, отличающийся тем, что каждый сцинтиблок состоит из одного сцинтиллятора и набора из не менее семи фотоприемников, находящихся в оптическом контакте с нижней плоскостью сцинтиллятора и расположенных так, что они покрывают всю поверхность нижней плоскости сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2071089, МПК: G01T 3/06, G01T 1/20, 1996 г.A known double-scattering spectrometer containing two scintiblocks located at a distance one below the other in parallel planes, the output of each scintiblock is connected to the inputs of the electronic circuit block, the information outputs of which are connected to the input of the recording device, characterized in that each scintiblock consists of one scintillator and a set of at least seven photodetectors in optical contact with the bottom plane of the scintillator and arranged so that they cover the entire surface of the bottom plane scintillator sti. Patent of the Russian Federation No. 2071089, IPC: G01T 3/06, G01T 1/20, 1996

Недостатком данного устройства является неточность измерения спектров ионизирующих излучений, вызванная температурной нестабильностью элементов устройства.The disadvantage of this device is the inaccuracy of measuring the spectra of ionizing radiation caused by the temperature instability of the elements of the device.

Известен сцинтилляционный спектрометр, регистрирующий ядерные излучения, содержащий два канала регистрации ядерных излучений, при этом гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла, сопряженного с фотоэлектронным умножителем, выход которого через усилитель гамма-канала и аналого-цифровой преобразователь связан с микропроцессорной системой, в состав гамма-канала дополнительно введена система стабилизации, включающая светодиод, сопряженный с фотоэлектронным умножителем и соединенный с импульсным генератором тока, вход которого связан с выходом микропроцессорной системы, управляемый микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между Known scintillation spectrometer detecting nuclear radiation, containing two channels for detecting nuclear radiation, while the gamma channel consists of a scintillation crystal coupled to a photoelectronic multiplier, the output of which is connected to a microprocessor system through a gamma channel amplifier and an analog-to-digital converter, to the gamma -channel, an additional stabilization system has been introduced, including an LED coupled to a photoelectronic multiplier and connected to a pulsed current generator, the input of which o connected with the output of the microprocessor system, controlled by the microprocessor system amplification cascade located between

усилителем гамма-канала и его аналого-цифровым преобразователем, и цифровой датчик температуры, выход которого связан с микропроцессорной системой, а нейтронный канал состоит из детектора нейтронов, связанного через усилитель второго канала и дискриминаторы с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ. Патент Российской Федерации №2158938, МПК: G01T 1/40, 2000 г. Прототип.a gamma channel amplifier and its analog-to-digital converter, and a digital temperature sensor, the output of which is connected to a microprocessor system, and the neutron channel consists of a neutron detector connected through an amplifier of the second channel and discriminators with a microprocessor system that has outputs to a display and a computer. Patent of the Russian Federation No. 2158938, IPC: G01T 1/40, 2000. Prototype.

Недостатком прототипа является сложное конструктивное исполнение. Недостатками являются также низкая чувствительность обнаружения источников ионизирующих излучений из-за наличия собственных шумов фотоприемных устройств, невозможность учета вклада рассеянного в детекторе излучения, необходимость использования только прозрачных сцинтилляторов, отличающихся в необходимой степени спектром оптического излучения.The disadvantage of the prototype is a complex design. The disadvantages are the low sensitivity of detection of sources of ionizing radiation due to the presence of intrinsic noise of photodetectors, the impossibility of taking into account the contribution of the radiation scattered in the detector, the need to use only transparent scintillators, which differ to the necessary extent in the spectrum of optical radiation.

Полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа.The utility model eliminates the disadvantages of analog and prototype.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности регистрации, понижение порога обнаружения источника излучений, расширение спектрометрических возможностей за счет применения набора пластин и последующей математической обработки количества, поступивший с них сигналов, снятие требования об использовании сцинтилляционных материалов, отличающихся спектром оптического излучения, упрощение конструкции.The technical result of the utility model is to increase the registration efficiency, lower the detection threshold of the radiation source, expand the spectrometric capabilities through the use of a set of plates and subsequent mathematical processing of the number of signals received from them, remove the requirement for the use of scintillation materials that differ in the spectrum of optical radiation, and simplify the design.

Технический результат достигается тем, что в призматическом спектрометре, содержащем детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и компьютер, детекторный элемент содержит слой сцинтиллятора, элемент, отражающий свет в виде призмы и фотоприемное устройство, фотоприемное устройство расположено на боковой поверхности детекторного элемента, светочувствительная поверхность фотоприемного устройства и поверхность слоя сцинтиллятора расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной, содержит The technical result is achieved in that in a prismatic spectrometer containing detectors, optical radiation receivers and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, the detector element contains a scintillator layer, an element reflecting light in the form of a prism and a photodetector, the photodetector is located on the side the surface of the detector element, the photosensitive surface of the photodetector and the surface of the scintillator layer are located in mutually perpendicular planes, and the signal processing circuit is made dual-channel, contains

амплитудные дискриминаторы, схему совпадений, внешний контроллер, компьютер с носителем программы для восстановления энергетического спектра излучения.amplitude discriminators, a coincidence scheme, an external controller, a computer with a program carrier for restoring the energy spectrum of radiation.

Существо изобретения поясняется на фиг.1, 2 и 3.The invention is illustrated in figure 1, 2 and 3.

На Фиг.1 представлен детекторный призматический элемент, где: 1 - слой дисперсного или порошкового сцинтиллятора, 2 - треугольные призмы, 3 - фотоприемное устройство, 4 - элемент, отражающий свет, нанесенный на грань призмы, 5 - сцинтилляционная вспышка, 6 - клеевой слой с функцией оптического контакта.Figure 1 shows the detector prismatic element, where: 1 is a layer of dispersed or powder scintillator, 2 is a triangular prism, 3 is a photodetector, 4 is an element that reflects light applied to the prism face, 5 is a scintillation flash, 6 is an adhesive layer with optical contact function.

На Фиг.2 представлен вид детектора сверху, где: 1 - слои дисперсного или порошкового сцинтиллятора, 2 - треугольные призмы, 3 - фотоприемные устройства, 4 - элемент, отражающий свет, нанесенный на грань призмы, Х - направление излучения, 7 - основание для крепления фотоприемных устройств.Figure 2 presents a top view of the detector, where: 1 - layers of a dispersed or powder scintillator, 2 - triangular prisms, 3 - photodetectors, 4 - an element that reflects light deposited on the prism face, X - radiation direction, 7 - base for mounting photodetectors.

Треугольные призмы 2 и элемент, отражающий свет 4 выполнены из наименее ослабляющего регистрируемое излучение материалов.The triangular prisms 2 and the light reflecting element 4 are made of the least attenuating recorded radiation of materials.

Например, для изготовления призм 2 использован прозрачный полимерный материал, в частности, полиметилметакрилат, а элемент, отражающий свет 4 изготовлен на основе слоев диэлектрика.For example, for the manufacture of prisms 2, a transparent polymeric material, in particular polymethylmethacrylate, was used, and the light reflecting element 4 was made on the basis of dielectric layers.

Вся конструкция помещена в светозащищенный корпус.The whole structure is placed in a lightproof housing.

На фиг.3 представлена двухканальная схема обработки сигналов, где:Figure 3 presents a two-channel signal processing scheme, where:

1 - слой дисперсного или порошкового сцинтиллятора; 2 - призматические сборки; 3, 3¹ - фотоприемные устройства, 8 и 8¹ - аналоговые усилители; 9 и 9 дискриминаторы с регулируемыми порогами дискриминации; 10 - схема совпадений.1 - layer of dispersed or powder scintillator; 2 - prismatic assemblies; 3, 3 ¹ - photodetectors, 8 and 8 ¹ - analog amplifiers; 9 and 9 discriminators with adjustable thresholds of discrimination; 10 is a coincidence diagram.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Излучение в виде рентгеновского или гамма кванта направляют на торец сцинтилляционного детектора (Фиг.1).Radiation in the form of an x-ray or gamma ray is sent to the end face of the scintillation detector (Figure 1).

При возбуждении квантом сцинтилляционной вспышки в одном из слоев сцинтиллятора дисперсного или порошкового сцинтиллятора 1 свет от When a scintillation burst is excited by a quantum in one of the scintillator layers of a dispersed or powder scintillator, 1 light from

сцинтилляционной вспышки 5 выходит в основном через поверхности слоя сцинтиллятора 1 в светоотражающие призмы 2.scintillation flash 5 exits mainly through the surface of the layer of scintillator 1 into reflective prisms 2.

В светоотражающих призмах 2 свет направляется элементом, отражающим свет элемент 4 через клеевой слой (оптический контакт) 6 на фотоприемные устройства 3 и 3¹, в которых под его действием возникает электрический сигнал.In reflective prisms 2, light is guided by an element that reflects light, element 4 through an adhesive layer (optical contact) 6 to photodetectors 3 and 3 ¹ , in which an electric signal is generated under its action.

Сигналы с фотоприемников 3 и 3¹ (кремниевых фотоумножителей) поступает на аналоговые усилители 8 и 8¹, после которых аналоговый сигнал поступает на дискриминаторы 9 и 9¹ с регулируемыми порогами дискриминации (Фиг.3).The signals from photodetectors 3 and 3 ¹ (silicon photomultipliers) are fed to analog amplifiers 8 and 8 ¹ , after which the analog signal is fed to discriminators 9 and 9 ¹ with adjustable discrimination thresholds (Figure 3).

Логические сигналы с дискриминаторов 9 и 9¹ идут на схему совпадений 10. В случае если на обоих входах схемы совпадений 8 появляются сигналы, схема совпадений 10 вырабатывает сигнал запроса, который хранится в выходном регистре схемы.Logical signals from discriminators 9 and 9 ¹ go to coincidence circuit 10. If signals appear on both inputs of coincidence circuit 8, coincidence circuit 10 generates a request signal, which is stored in the output register of the circuit.

Внешний контроллер (на фигурах не показан) опрашивает выходные регистры схемы совпадений 10 и в случае наличия в них сигнала (запроса) осуществляет считывание сигналов для их передачи в компьютер и дальнейшего анализа. Все логические схемы выполнены в стандарте ЭСЛ. В качестве дискриминаторов 9 и 9¹ использованы микросхеме AD 96687BP, а в качестве схемы совпадений 10 использована микросхема HEL (MC10LD1).An external controller (not shown in the figures) polls the output registers of the coincidence circuit 10 and, if there is a signal (request) in them, reads the signals for transmission to a computer and further analysis. All logic circuits are made in the ESL standard. The AD 96687BP chip was used as discriminators 9 and 9 ¹ , and the HEL chip (MC10LD1) was used as the coincidence circuit 10.

Количество сигналов запроса с каждого слоя по окончании регистрации анализируют и с помощью компьютерной программы производят восстановление спектра излучения.The number of request signals from each layer at the end of registration is analyzed and the radiation spectrum is restored using a computer program.

Для восстановления спектра излучения источника решается система интегральных уравнений:To restore the radiation spectrum of the source, a system of integral equations is solved:

где Q_i - количество запросов с i-го слоя (пластины) многослойного детектора;where Q _i is the number of requests from the i-th layer (plate) of the multilayer detector;

n - число слоев; S_i(E) - чувствительность i-ой слоя к потоку квантов с энергией Е;n is the number of layers; S _i (E) is the sensitivity of the i-th layer to the flux of quanta with energy E;

φ (Е) - искомая энергетическая зависимость падающего на детектор потока квантов.φ (E) is the desired energy dependence of the quantum flux incident on the detector.

Система уравнений решается с использованием итерационного метода минимизации направленного расхождения. Тараско М.З. Метод минимума направленного расхождения в задачах поиска распределений. Препринт ФЭИ №1446. Обнинск, 1983.The system of equations is solved using an iterative method of minimizing directional divergence. Tarasco M.Z. The method of minimum directed divergence in distribution search problems. Preprint FEI No. 1446. Obninsk, 1983.

Claims

A prism spectrometer containing detectors, optical radiation receivers and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, characterized in that the detector element comprises a scintillator layer, an element that reflects light in the form of a prism and a photodetector, a photodetector is located on the side surface of the detector element , the photosensitive surface of the photodetector and the surface of the scintillator layer are located in mutually perpendicular planes, and the signal processing circuit It is made two-channel, contains amplitude discriminators, a coincidence circuit, an external controller, a computer with a program carrier for restoring the energy spectrum of radiation.