RU92970U1

RU92970U1 - SCINTILLATION DETECTOR

Info

Publication number: RU92970U1
Application number: RU2010103009/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Микеров
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2010-04-10

Abstract

Сцинтилляционный детектор, содержащий N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, отличающийся тем, что преобразователи излучения расположены в точках пересечения трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними преобразователями излучения линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами. A scintillation detector containing N radiation converters with rows of light-emitting fibers fixed to them and photodetectors, characterized in that the radiation converters are located at the intersection points of the three-dimensional coordinate grid, each radiation converter is connected in series with neighboring radiation converters by linear light-emitting elements mounted on each radiation converter with optical contact, and radiation converters and linear light emitting ue coated retroreflective elements and sunscreen materials.

Description

Полезная модель относится к области регистрации ионизирующих излучений, в частности, с помощью сцинтилляционных детекторов, может применяться в установках, предназначенных для обнаружения делящихся веществ, в частности, в портальных мониторах.The invention relates to the field of registration of ionizing radiation, in particular, using scintillation detectors, and can be used in installations designed to detect fissile substances, in particular, in portal monitors.

Известен ряд сцинтилляционных детекторов:A number of scintillation detectors are known:

Световолоконный сцинтилляционный детектор, содержащий сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения, и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом. Сборка сцинтилляционных волокон содержит волокна для регистрации тепловых нейтронов и волокна для регистрации быстрых нейтронов и помещена в оболочку с внутренним светоотражающим покрытием. Фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников. Патент Российской Федерации №2323453, МПК⁷: G01T 3/20, 2008 г.A fiber optic scintillation detector comprising an assembly of scintillation fibers for detecting gamma radiation and a photodetector in optical contact with each other. The scintillation fiber assembly contains fibers for detecting thermal neutrons and fibers for detecting fast neutrons and is placed in a shell with an internal reflective coating. The photodetector consists of two photodetectors. Patent of the Russian Federation No. 23233453, IPC ⁷ : G01T 3/20, 2008

Устройство для считывания сцинтилляционного сигнала, содержащее светосборник в виде пластины из прозрачного материала, по крайней мере, одно светопереизлучающее волокно, два фотодиода и электронную плату с двумя усилителями-дискриминаторами и схемой совпадений. Светосборник покрыт светоотражающим, установленным с зазором, а затем светозащитным материалами. Патент Российской Федерации на полезную модель №77053, G01T 1/20, 2008 г.A scintillation signal reading device comprising a light collector in the form of a plate of a transparent material, at least one light-emitting fiber, two photodiodes and an electronic board with two discriminating amplifiers and a matching circuit. The light collector is covered with reflective, installed with a gap, and then light-protective materials. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 77053, G01T 1/20, 2008

Координатно-чувствительный детектор, содержащий блок сцинтиллирующих оптических элементов со светопереизлучающими волокнами, на торцах которых расположены фотодиоды, фотодиоды снабжены выводами для соединения со схемами регистрации сцинтилляционных вспышек, отличающийся тем, что блок выполнен в виде, по крайней мере, одной сцинтиллирующий пластины, содержащей, по крайней мере, на одной стороне параллельный ряд светопереизлучающих волокон, фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации №2351954, G01T 3/06, 2009.A coordinate-sensitive 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 burst registration circuits, characterized in that the block is made in the form of at least one scintillating plate containing at least on one side a parallel row of light-emitting fibers, photodiodes of light-emitting fibers are located at the ends of the plate and connected to the reg iteration with output register. Patent of the Russian Federation No. 2351954, G01T 3/06, 2009.

Известен двухкоординатный детектор, преобразователь излучения в котором выполнен в виде сцинтиллирующей пластины с закрепленными на ней на разных плоскостях рядами светопереизлучающих волокон, расположенных перпендикулярно друг другу, а фотодиоды светопереизлучающих волокон расположены на торцах пластины и подключены к схеме регистрации с выходным регистром. Патент Российской Федерации №2353952, G01T 3/06, 2009. Прототип.A two-coordinate detector is known, the radiation converter in which is made in the form of a scintillating plate with rows of light-emitting fibers mounted perpendicular to each other fixed on it on different planes, and the photodiodes of the light-emitting fibers are located at the ends of the plate and connected to the registration circuit with an output register. Patent of the Russian Federation No. 2353952, G01T 3/06, 2009. Prototype.

Аналоги и прототип имеют общий недостаток: регистрируют ограниченное число видов излучения, требуют большого количества фотоприемников, количество которых пропорционально площади или объему детектора, не имеют возможности целенаправленно изменять спектр излучения или преобразовывать его в другой вид излучения для получения дополнительной информации об излучении или для повышения эффективности регистрации.Analogs and prototypes have a common drawback: they record a limited number of types of radiation, require a large number of photodetectors, the number of which is proportional to the area or volume of the detector, they are not able to purposefully change the radiation spectrum or convert it to another type of radiation to obtain additional information about radiation or to increase efficiency registration.

Данная полезная модель устраняет указанные недостатки.This utility model eliminates these disadvantages.

Техническим результатом полезной модели является формирование универсального сцинтилляционного детектора, содержащего преобразователи излучения любого типа, создание детектора, эффективная площадь или объем которого определена только затуханием света в светопереизлучающих элементах, уменьшение количества элементов фотоприемников или самих фотоприемников по сравнению с количеством преобразователей излучений, считывание сцинтилляционного сигнала с преобразователей, окруженных со всех сторон другими преобразователями.The technical result of the utility model is the formation of a universal scintillation detector containing radiation converters of any type, the creation of a detector whose effective area or volume is determined only by the attenuation of light in the light-emitting elements, reducing the number of photodetector elements or photodetectors themselves compared to the number of radiation converters, reading the scintillation signal from transducers surrounded on all sides by other transducers.

Технический результат достигается тем, что в сцинтилляционном детекторе, содержащем N преобразователей излучения с закрепленными на них рядами светопереизлучающих волокон и фотоприемники, преобразователи излучения расположены в точках пересечения трехмерной координатной сетки, каждый преобразователь излучения последовательно соединен с соседними, по крайней мере, по двум направлениям координатной сетки линейными светопереизлучающими элементами, закрепленными на каждом преобразователе излучения с оптическим контактом, причем преобразователи излучения и линейные светопереизлучающие элементы покрыты светоотражающим и светозащитным материалами.The technical result is achieved by the fact that in a scintillation detector containing N radiation converters with rows of light-emitting fibers and photodetectors fixed to them, radiation converters are located at the intersection points of the three-dimensional coordinate grid, each radiation converter is connected in series with neighboring at least two directions of the coordinate mesh linear light-emitting elements attached to each radiation Converter with an optical contact, and pre radiation generators and linear light-emitting elements are coated with reflective and light-shielding materials.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, 2.The essence of the utility model is illustrated in figures 1, 2.

На фиг.1 изображено устройство трехмерного сцинтилляционного детектора, содержащего N преобразователей излучения, где: 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, 3 - фотодетекторы, 4 - преобразователь, положение которого определено при срабатывании фото детекторов 3. Светопереизлучающие элементы расположены в параллельных плоскостях вдоль взаимно-перпендикулярных сторон преобразователей излучения.Figure 1 shows the device of a three-dimensional scintillation detector containing N radiation converters, where: 1 - radiation converters, 2 - light-emitting elements, 3 - photodetectors, 4 - a converter whose position is determined when the photo detectors are triggered 3. Light-emitting elements are located in parallel planes along the mutually perpendicular sides of the radiation converters.

На фиг.2 изображено устройство трехмерного сцинтилляционного детектора, содержащего N преобразователей излучения, где: 1 - преобразователи излучения, 2 - светопереизлучающие элементы, 3 - фотодетекторы, 4 - преобразователь, положение которого определено при срабатывании фото детекторов 3. Светопереизлучающие элементы расположены в параллельных плоскостях, причем в одной плоскости вдоль стороны преобразователя излучения, а в другой стороны по ее диагонали. Преимущество диагонального расположения спектропереизлучающих элементов состоит в большей площади оптического контакта с преобразователем излучения и улучшения из-за этого светосбора, примерно, в 1,41 раза.Figure 2 shows the device of a three-dimensional scintillation detector containing N radiation converters, where: 1 - radiation converters, 2 - light-emitting elements, 3 - photodetectors, 4 - the converter, the position of which is determined when the photo detectors are triggered 3. Light-emitting elements are located in parallel planes , moreover, in one plane along the side of the radiation converter, and in the other, along its diagonal. The advantage of the diagonal arrangement of the spectrally emitting elements is that they have a larger area of optical contact with the radiation converter and, due to this light collection, are improved by about 1.41 times.

Рассмотрим работу устройств. Преобразователи излучения 1, выполнены в виде кубиков и не имеют оптического контакта между собой. Каждый преобразователь излучения 1 имеет контакт с двумя скрещивающимися во взаимно-перпендикулярных направлениях светопереизлучающими элементами 2. При возникновении сцинтилляционной вспышки в преобразователе 4 фотоны от этой вспышки попадают в два скрещивающихся светопереизлучающих элемента 2, где переизлучаются и распространяются по светопереизлучающим элементам 2 к их торцам за счет полного внутреннего отражения от покрытия из светоотражающего материала. Фотоны, пришедшие на торцы светопереизлучающих элементов 2, регистрируют фотодетекторами 3. Положение преобразователя излучения 4, в котором произошла сцинтилляционная вспышка, определяют по номерам фото детекторов 3, на которых сигнал появился практически одновременно.Consider the operation of devices. The radiation converters 1 are made in the form of cubes and do not have optical contact with each other. Each radiation transducer 1 has contact with two light-emitting elements 2 crossing in mutually perpendicular directions. When a scintillation flash occurs in the converter 4, the photons from this flash fall into two crossed light-emitting elements 2, where they are emitted and propagated through the light-emitting elements 2 to their ends due to total internal reflection from the coating of reflective material. Photons arriving at the ends of the light-emitting elements 2 are detected by photodetectors 3. The position of the radiation transducer 4, in which the scintillation flash occurred, is determined by the numbers of the photo detectors 3, on which the signal appeared almost simultaneously.

Преобразователи излучения 1 покрыты светоотражающим материалом для увеличения количества фотонов, попадающих в светопереизлучающие элементы 2 и светозащитным материалом, чтобы свет не попал в соседние преобразователи излучения 1 и соответствующие им светопереизлучающие элементы 2.Radiation converters 1 are coated with reflective material to increase the number of photons entering the light-emitting elements 2 and light-protective material so that light does not get into adjacent radiation converters 1 and their corresponding light-emitting elements 2.

Светопереизлучающие элементы 2 выполняют из пластмассового сцинтиллятора со спектросмещающими добавками, покрыты оболочкой из прозрачного материала, обычно из полиметилметакрилата, с коэффициентом преломления меньшим, чем пластмассовый сцинтиллятор, для увеличения количества фотонов, транспортируемых к фотодетекторам 3. Для уменьшения числа фотонов, которые могут попасть в соседние светопереизлучающие элементы 2, там переизлучиться и попасть в соседние фотодетекторы 3, светопереизлучающие элементы 2 экранируют друг от друга светонепроницаемым материалом.The light-emitting elements 2 are made of a plastic scintillator with spectroscopic additives, coated with a transparent material, usually polymethyl methacrylate, with a refractive index lower than a plastic scintillator, to increase the number of photons transported to photodetectors 3. To reduce the number of photons that can get into neighboring light-emitting elements 2, there to reradiate and get into neighboring photodetectors 3, light-emitting elements 2 shield the light from each other ronitsaemym material.

В качестве фотодетекторов 3 используют двухкоординатные ФЭУ или фотодиоды. В случае фотодиодов для уменьшения влияния их собственных шумов фотодиоды попарно включают по схеме совпадений.As photodetectors 3, two-axis PMTs or photodiodes are used. In the case of photodiodes, in order to reduce the influence of their own noise, photodiodes are switched on in pairs according to the coincidence scheme.

Преобразователи излучения 1 выполняют из различных материалов, что позволяет регистрировать любой вид излучения. Для регистрации рентгеновского и гамма излучений в состав детектора вводят преобразователи излучения 1 из прозрачных сцинтилляторов: NaI, CsI, BGO, BaF₂ и других. Для регистрации тепловых нейтронов вводят пластмассовый сцинтиллятор с добавками бора или слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (Li⁶FZnS) или бора-10. Для регистрации быстрых нейтронов и гамма излучений вводят преобразователи на основе пластмассовых сцинтилляторов.Radiation converters 1 are made of various materials, which allows you to register any type of radiation. To register x-ray and gamma radiation, radiation transducers 1 from transparent scintillators: NaI, CsI, BGO, BaF ₂ and others are introduced into the detector. To register thermal neutrons, a plastic scintillator with boron additives or scintillator layers based on the lithium-6 isotope (Li ⁶ FZnS) or boron-10 are introduced. To register fast neutrons and gamma radiation, transducers based on plastic scintillators are introduced.

Тип преобразователей излучения 1, их количество, размер, форма и расстояние между ними определяют исходя из требований к системе регистрации. Ограничения на указанные параметры накладывают эффективность сбора света с преобразователя излучения 1 на светопереизлучающий элемент 2 и длина затухания света в светопереизлучающих элементах, которая достигает нескольких метров.The type of radiation converters 1, their number, size, shape and the distance between them is determined based on the requirements of the registration system. Limitations on these parameters impose the efficiency of light collection from the radiation converter 1 to the light-emitting element 2 and the length of the light attenuation in the light-emitting elements, which reaches several meters.

Для уменьшения числа каналов регистрации, в том числе, количества фотодетекторов 3 преобразователи излучений 1 располагают на расстоянии друг от друга. При этом для получения дополнительной информации об излучении или повышения эффективности регистрации путем изменения спектра излучения или его преобразования в другой вид излучения промежутки между преобразователями излучения 1 заполняют одним или несколькими материалами. При регистрации быстрых нейтронов путем их замедления и регистрации замедлившихся нейтронов с помощью преобразователей излучения 1 из сцинтиллирующей пластмассы с добавками бора или содержащих слои сцинтиллятора на основе изотопа лития-6 (Li⁶FZnS), или бора-10 промежутки заполняют водородосодержащим веществом, например, полиэтиленом, который эффективно замедляет быстрые нейтроны. При регистрации гамма излучения промежутки заполняют веществом с большим зарядом ядра, например свинцом, который преобразует гамма излучение в более мягкое излучение и электроны, которые повышают эффективность регистрации.To reduce the number of registration channels, including the number of photodetectors 3, radiation converters 1 are located at a distance from each other. In this case, to obtain additional information about radiation or to increase the registration efficiency by changing the radiation spectrum or converting it to another type of radiation, the gaps between the radiation converters 1 are filled with one or more materials. When registering fast neutrons by slowing them down and detecting slow neutrons using radiation converters 1 made of scintillating plastic with additives of boron or containing scintillator layers based on lithium-6 isotope (Li ⁶ FZnS), or boron-10, the gaps are filled with a hydrogen-containing substance, for example, polyethylene which effectively slows down fast neutrons. When registering gamma radiation, the gaps are filled with a substance with a large nuclear charge, for example lead, which converts gamma radiation into softer radiation and electrons that increase the detection efficiency.

Claims

A scintillation detector containing N radiation converters with rows of light-emitting fibers fixed to them and photodetectors, characterized in that the radiation converters are located at the intersection points of the three-dimensional coordinate grid, each radiation converter is connected in series with neighboring radiation converters by linear light-emitting elements mounted on each radiation converter with optical contact, and radiation converters and linear light emitting ue coated retroreflective elements and sunscreen materials.