RU84136U1 - Scintillation spectrometer - Google Patents

Scintillation spectrometer Download PDF

Info

Publication number
RU84136U1
RU84136U1 RU2009106984/22U RU2009106984U RU84136U1 RU 84136 U1 RU84136 U1 RU 84136U1 RU 2009106984/22 U RU2009106984/22 U RU 2009106984/22U RU 2009106984 U RU2009106984 U RU 2009106984U RU 84136 U1 RU84136 U1 RU 84136U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
photodetectors
scintillator
plates
side surfaces
signal processing
Prior art date
Application number
RU2009106984/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Петрович Боголюбов
Виталий Иванович Микеров
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова"
Priority to RU2009106984/22U priority Critical patent/RU84136U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU84136U1 publication Critical patent/RU84136U1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Сцинтилляционный спектрометр, содержащий детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ, отличающийся тем, что детектор содержит пластины сцинтиллятора, покрытые светоотражающим материалом и выполненные с переменной толщиной, увеличивающейся по мере удаления от источника, а фотоприемные устройства расположены на боковых поверхностях на каждой пластине сцинтиллятора или за исключением первого и последнего фотоприемные устройства расположены на границах боковых поверхностей между смежными пластинами, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной и содержит амплитудные дискриминаторы, временной и амплитудный анализаторы, схему совпадений.A scintillation spectrometer containing detectors, optical radiation receivers, and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, characterized in that the detector contains scintillator plates coated with reflective material and made with a variable thickness, increasing with distance from the source, and photodetectors on the side surfaces on each plate of the scintillator or with the exception of the first and last photodetectors are located at the boundaries of the side surfaces of I’m waiting for adjacent plates, and the signal processing scheme is two-channel and contains amplitude discriminators, time and amplitude analyzers, and a coincidence circuit.

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 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 to the output of a microprocessor system controlled

микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между 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.microprocessor system amplification cascade located between the gamma channel amplifier and its analog-to-digital converter, and a digital temperature sensor, the output of which is connected to the 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 having exits to the display and computers. 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 сцинтилляционном спектрометре, содержащем детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ, детектор содержит пластины сцинтиллятора, покрытые светоотражающим материалом и выполненные с переменной толщиной, увеличивающейся по мере удаления от источника, а фотоприемные устройства расположены на боковых поверхностях на каждой пластине сцинтиллятора или за исключением первого и последнего фотоприемные устройства расположены на границах The technical result is achieved by the fact that in a scintillation spectrometer containing detectors, optical radiation receivers, and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, the detector contains scintillator plates coated with reflective material and made with a variable thickness, increasing with distance from the source, and photodetectors are located on the side surfaces on each plate of the scintillator or, with the exception of the first and last photodetectors, are located at the boundaries

боковых поверхностей между смежными пластинами, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной и содержит амплитудные дискриминаторы, сумматор сигналов, временной и амплитудный анализаторы, схему совпадений.side surfaces between adjacent plates, and the signal processing scheme is made of two channels and contains amplitude discriminators, a signal adder, time and amplitude analyzers, a coincidence scheme.

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

На фиг.1 схематично представлен многослойный детектор, где: 1 - пластины сцинтилляторов, 2, 21 - фотоприемные устройства, Х - направление излучения. Поверхности пластин покрыты светоотражающим материалом, а вся конструкция помещена в светозащищенный корпус.Figure 1 schematically shows a multilayer detector, where: 1 - plates of scintillators, 2, 2 1 - photodetectors, X - radiation direction. The surfaces of the plates are coated with reflective material, and the entire structure is placed in a lightproof housing.

На Фиг.2 схематично представлен многослойный детектор где: 1 - пластины сцинтилляторов, 2, 21 - фотоприемные устройства, расположенные на границах боковых поверхностей между смежными пластинами, Х - направление излучения. Такое расположение фотоприемников позволяет уменьшить их количество.Figure 2 schematically shows a multilayer detector where: 1 - scintillator plates, 2, 2 1 - photodetectors located on the boundaries of the side surfaces between adjacent plates, X - radiation direction. This arrangement of photodetectors can reduce their number.

На фиг.3 представлена в качестве примера реализации двухканальная схема обработки сигналов, где: 1 - пластины сцинтилляторов; 2, 21 - фотоприемные устройства, 3 и 31 - аналоговые усилители; 4 и 41 - аналоговые выходы; 5 и 51 - дискриминаторы с регулируемыми порогами дискриминации; 6 - схема совпадений.Figure 3 presents, as an example of implementation, a two-channel signal processing circuit, where: 1 - scintillator plates; 2, 2 1 - photodetectors, 3 and 3 1 - analog amplifiers; 4 and 4 1 - analog outputs; 5 and 5 1 - discriminators with adjustable thresholds of discrimination; 6 is a coincidence diagram.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Излучение в виде рентгеновского или гамма кванта направляют на торец первой пластины 1 сцинтилляционного многослойного детектора.Radiation in the form of an x-ray or gamma ray is sent to the end face of the first plate 1 of a scintillation multilayer detector.

В результате фотоэффекта или комптоновского рассеяния, или в результате рождения электрон-позитронной пары квант вызывает сцинтилляционную вспышку в одной или нескольких пластинах 1 одновременно.As a result of a photoelectric effect or Compton scattering, or as a result of the production of an electron-positron pair, a quantum causes a scintillation burst in one or several plates 1 simultaneously.

Свет от сцинтилляционной вспышки через боковые поверхности пластин 1 поступает на фотоприемные устройства 2 и 21, в которых под его действием возникает электрический сигнал.Light from a scintillation flash through the lateral surfaces of the plates 1 enters the photodetectors 2 and 2 1 , in which an electric signal is generated under its action.

Сигналы с фотоприемников 2 и 21 (фотодиодов или кремниевых фотоумножителей) поступают на аналоговые усилители 3 и 31.The signals from photodetectors 2 and 2 1 (photodiodes or silicon photomultipliers) are fed to analog amplifiers 3 and 3 1 .

Затем аналоговый сигнал поступает на дискриминаторы 5 и 51 с регулируемыми порогами дискриминации (Фиг.3).Then the analog signal is fed to discriminators 5 and 5 1 with adjustable thresholds of discrimination (Figure 3).

Логические сигналы с дискриминаторов 5 и 51 идут на схему совпадений 6.Logical signals from discriminators 5 and 5 1 go to coincidence circuit 6.

Если на обоих входах схемы совпадений 6 появляются сигналы, схема совпадений 6 вырабатывает сигнал, который хранится в выходном регистре схемы.If signals appear on both inputs of match circuit 6, match circuit 6 generates a signal that is stored in the output register of the circuit.

Внешний контроллер (на фигурах не показан) опрашивает выходные регистры схемы совпадений бив случае наличия в них сигнала (запроса) считывает сигналы с аналоговых выходов 4 и 41 и передает их на амплитудно-цифровые преобразователи и сумматор, а затем в компьютер для анализа.An external controller (not shown in the figures) polls the output registers of the coincidence circuit and, if there is a signal (request) in them, reads the signals from the analog outputs 4 and 4 1 and transfers them to the amplitude-digital converters and the adder, and then to the computer for analysis.

Собранные данные направляют в амплитудный анализатор, в котором накапливают амплитудный спектр сигнала для данной пластины 1.The collected data is sent to an amplitude analyzer, in which the amplitude spectrum of the signal for this plate 1 is accumulated.

События, произошедшие в одной или нескольких пластинах 1, разделяют по времени прихода запроса. Количество сигналов запроса с каждой пластины 1 и амплитудный спектр сигнала по окончании регистрации анализируют и с помощью компьютерной программы производят восстановление спектра излучения.Events that occurred in one or more plates 1, are divided by the time the request arrives. The number of request signals from each plate 1 and the amplitude spectrum of the signal at the end of registration are analyzed and, using a computer program, the radiation spectrum is restored.

Все логические схемы выполнены в стандарте ЭСЛ. В качестве дискриминаторов 5 и 51 использованы микросхемы AD 96687BP, а в качестве схемы совпадений 6 использована микросхема HEL (MC10LD1).All logic circuits are made in the ESL standard. The AD 96687BP microcircuits were used as discriminators 5 and 5 1 , and the HEL microcircuit (MC10LD1) was used as coincidence circuit 6.

В случае достаточно большого поперечного сечения пластин 1 возможно одновременное появление сцинтилляционного сигнала (множественное событие) в нескольких пластинах 1 по следующим причинам:In the case of a sufficiently large cross section of the plates 1, a simultaneous appearance of a scintillation signal (multiple event) in several plates 1 is possible for the following reasons:

- в результате комптоновского рассеяния кванта в одной из пластин 1, попадания этого кванта в другую пластину 1 и повторного рассеяния или фотоэффекта в ней;- as a result of Compton scattering of a quantum in one of the plates 1, hit of this quantum in another plate 1 and re-scattering or photoelectric effect in it;

- пробега электрона, возникающего при взаимодействии рентгеновского кванта с материалом сцинтиллятора в одной пластине 1, в другие пластины 1.- the path of an electron arising from the interaction of an X-ray quantum with scintillator material in one plate 1, into other plates 1.

Идентификация таких событий и пластин 1, в которых они произошли, проводится путем анализа времени прихода запроса со всех пластин 1.The identification of such events and plates 1 in which they occurred is carried out by analyzing the time of arrival of the request from all plates 1.

Если сигналы поступили в интервале времени T≤L/c, где L - длина детектора вдоль направления излучения X, с - скорость света, то события вызваны одним квантом.If the signals arrived in the time interval T≤L / c, where L is the detector length along the radiation direction X, and c is the speed of light, then the events are caused by one quantum.

Такие события учитываются при восстановлении энергетического спектра излучения.Such events are taken into account when restoring the energy spectrum of radiation.

При достаточно малом поперечном сечении детектора количество событий, поступивших одновременно с нескольких пластин 1, пренебрежимо мало.With a sufficiently small detector cross section, the number of events arriving simultaneously from several plates 1 is negligible.

В этом случае для восстановления спектра излучения источника решается система интегральных уравнений:In this case, to restore the radiation spectrum of the source, the system of integral equations is solved:

где Qi - количество запросов с i-го слоя (пластины) многослойного детектора; n - число слоев; Si(E) - чувствительность i-ой слоя к потоку квантов с энергией Е; φ (Е) - искомая энергетическая зависимость падающего на детектор потока квантов.where Q i is the number of requests from the i-th layer (plate) of the multilayer detector; 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 (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, 1983The 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 (1)

Сцинтилляционный спектрометр, содержащий детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ, отличающийся тем, что детектор содержит пластины сцинтиллятора, покрытые светоотражающим материалом и выполненные с переменной толщиной, увеличивающейся по мере удаления от источника, а фотоприемные устройства расположены на боковых поверхностях на каждой пластине сцинтиллятора или за исключением первого и последнего фотоприемные устройства расположены на границах боковых поверхностей между смежными пластинами, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной и содержит амплитудные дискриминаторы, временной и амплитудный анализаторы, схему совпадений.
Figure 00000001
A scintillation spectrometer containing detectors, optical radiation receivers, and a signal processing circuit having outputs to a display and a computer, characterized in that the detector contains scintillator plates coated with reflective material and made with a variable thickness, increasing with distance from the source, and photodetectors on the side surfaces on each plate of the scintillator or with the exception of the first and last photodetectors are located at the boundaries of the side surfaces of I’m waiting for adjacent plates, and the signal processing scheme is two-channel and contains amplitude discriminators, time and amplitude analyzers, and a coincidence circuit.
Figure 00000001
RU2009106984/22U 2009-03-02 2009-03-02 Scintillation spectrometer RU84136U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106984/22U RU84136U1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Scintillation spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106984/22U RU84136U1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Scintillation spectrometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU84136U1 true RU84136U1 (en) 2009-06-27

Family

ID=41027662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106984/22U RU84136U1 (en) 2009-03-02 2009-03-02 Scintillation spectrometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU84136U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8084748B2 (en) Radioactive material detecting and identifying device and method
US7696486B2 (en) Time-resolved, optical-readout detector for neutron and gamma-ray imaging
Warburton et al. Digital pulse processing: new possibilities in nuclear spectroscopy
US8466418B2 (en) Gamma ray detector, radiation diagnostic device, tomography device, and method of analyzing tomography device
WO2012000299A1 (en) Articles detecting device and detecting method thereof
JP2008190901A (en) Positron emission computed tomograph
US8648314B1 (en) Fast neutron imaging device and method
US8921801B2 (en) Detection system for high-resolution gamma radiation spectroscopy with neutron time-of-flight filtering
Atwood et al. Beam test of gamma-ray large area space telescope components
US8766206B2 (en) Neutron detection based on energy spectrum characteristics
JP2003315465A (en) Distance measuring device of gamma source using multi- layer radiation detector
Farsoni et al. A system for simultaneous beta and gamma spectroscopy
US20050205791A1 (en) Method and apparatus for vetoing random coincidences in positron emission tomographs
Lee et al. Development of simultaneous multi-channel data acquisition system for large-area Compton camera (LACC)
RU84136U1 (en) Scintillation spectrometer
Zhang et al. Quantification of 235U and 238U activity concentrations for undeclared nuclear materials by a digital gamma–gamma coincidence spectroscopy
RU83624U1 (en) PRISMATIC SPECTROMETER
RU2386147C1 (en) Multilayer detector
Tzanakos et al. Development and validation of a simulation model for the design of a PET scanner
Blackburn et al. Utilization of actively-induced, prompt radiation emission for nonproliferation applications
RU189817U1 (en) PAIR GAMMA SPECTROMETER FOR REGISTRATION OF HIGH ENERGY GAMMA RADIATION
RU2505801C1 (en) Neutron radiography apparatus
RU2371740C1 (en) Hodoscope
RU83622U1 (en) MULTILAYER DETECTOR ANALYZER
RU2386148C1 (en) Prismatic detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20170303