SU1521293A3 - Устройство обнаружени и локализации нейтральных частиц - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  обнаружени  и локализации нейтральных частиц и может быть использовано в гаммаграфии, томографии. Цель изобретени  - повышение позиционного разрешени  и чувствительности, достигаетс  использованием тонкого конвертора падающего излучени , расположенного под углом 0-10° по отношению к направлению потока падающего излучени , создаваемого щелевым коллиматором. Устройство содержит систему сбора вторичных зар женных частиц, выполненную в виде набора электрически изолированных одна от другой проволок, расположенных параллельно пластине конвертора и проекции оси пучка частиц на конвертор. С противоположной от системы проволок стороны по отношению к конвертору может быть размещен дополнительный плоский электрод с потенциалом конвертора. Набор проволочных электродов и плоский электрод могут быть выполнены с двух сторон конвертора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к обнаружению и локализации нейтральных частиц , в частности рентгеновских фотонов , гамма-фотонов или нейтронов.

Цель изобретени  - повьшение позиционного разрешени  и чувствительности .

На фиг.1 дан датчик,, разрез; на фиг.2 - схема датчика, примен емого в устройстве.

Устройство содержит датчик 1 (фиг.1), в котором предусмотрены конвертор и система сбора вторичных зар женных частиц, состо ща  из нескольких элементов 3.1 и 3.2, 4.1 и 4.2.

Датчик 1 предназначен дл  обнаружени  и локализации нейтральных частиц (в частности, рентгеновских лучей, гамма-квантов, нейтронов), которые облучают его. Среднее направление . распространени  этих частиц (обозначено на фиг. 2 волнистой ) предполагаетс  посто нным относительного датчика, по меньшей мере во врем  обнаружени . Конвертор 2 представл ет собой пластину из материала с большим атомным номером, например, тантала, расположенную со скольз щим падением относительно направлени  распространени  нейтральньк частиц. . Угол между пластиной и этим направ01 N9

IN9

СО 00

04

лением может быть равен 0-10°. На фиг.1 и 2 конвертор 2 расположен в плоскости, перпендикул рной плоскости этих фигур.

Удобно примен ть плоский конвер- op. Если жесткость пластины, составл ющей конвертор, недостаточна, можно наклеить ее на жесткую подложку с потерей эффективности на 20-50%, учитьгоа  то, что электроны собираютс  только в половине пространства. Чем меньше угол падени  при той же толщине конвертора, тем больше рассто ние , которое должна пройти па- частица в данном конверторе (фш.2). При угле, .равном 1,итол- ине пластины 70 мкм это рассто ние составл ет пор дка 4 мм. Со стороны конвертора 2 установлен набор npof волочных электродов 3.1 и 3.2 с от- л гчающимс  от конвертора 2 электрическим потенциалом.

Например, электроды 3.1 и 3.,2 имеют потенциал земли, а конвертор 2 имеет отрицательный потенциал 2-3 кВ. Под воздействием падающей нейтральной частицы конвертор 2 может вследствие фотоэлектрического эффекта, эффекта Комп- тона или образовани  пар высвободить, по меньшей мере один первичный электрон большой энергии, который может ионизировать газ и создать электронно-ионные пары. Созданные таким образом вторичные электроны под действием электрического пол  прит гиваютс  R одной из двух сетей электродов 3,1, 3.2 и сами создают другие вторичные электроны, формиру  лавинный эффект в газе.

В то врем  как угол между падающими частицами и конвертором 2 небольшой , угол выхода электронов от- носительно конвертора может быть большим и практически равным 90°, поэтому путь, который проход т электроны внутри конвертора до их выхода из него, очень мал по сравнению с 4 мм толщины конвертора дл  падающего излучени .

Сети анодйых электродов 3.2, 3.2 позвол ют усилить сигнал умножением зар дов благодар  лавинному эффекту и позвол ют локализовать собираемый таким образом зар д. Эти электроды расположены с обеих сторон конвертора 2 в плоскост х, параллельнь:х последнему , т.е. в соответствующих плос

0

5

0

5

0

5

0

5

кост х, перпендикул рных плоскости фиг.2.

Кроме того, электроды 3.1 и 3.2 параллельны проекции среднего направлени  распространени  нейтральных частиц на плоскость пластины 2.

Все электроды обеих сетей 3.1 и 3.2 имеют одинаковый электрический потенциал, но каждый провод каждой сети электрически изолирован от всех остальных проводов той же сети. Напротив, каждый провод каждой сети (фиг.2) сожет быть соединен с проводом другой сети, занимающим симметричное положение относительно плоскости преобразовател , образу  с ним пару проводов обнаружени . Кажда  пара проводов обнаружени , котора  может быть образована сет ми 3.1 и 3.2j Соединена с отдельным электронным каналом обнаружени  обозначеннъ1М усилителем 5. Каждый канал усиливает электрический ток, соответствующий зар дам, собранным на паре проводов, с которой он св зан. Таким образом, блок электронных каналов выдает группу электрических сигналов, котора  представл ет изображение распределени  интенсивности нейтральных частиц по направлению, перпендикул рному

плоскости ф1 Ц ,2.

Кроме того, система сбора вторичных частиц имеет два дополнительных плоских электрода 4.1 и 4.2, которые расположены параллельно конвертеру 2 и электродам 3.1 и 3.2 с противоположной стороны относительно конвертора 2 потенциал, т.е. отрицательный потенциал 2-3 кВ. Эти дополнительные электроды позвол ют осуществить луч- щее умножение и собирание зар дов, а также устран ют электрические силы, которые воздействуют на анодные вода 3.1 и 3.2, могли бы искривить их и изменить характеристики датчика,

Блок регистрации частиц установлен (фиг.1) на консоли 7. Консоль 7 крепитс  к основанию герметичной камеры 8. Камера 8 выполнена из материала , проницаемого дл  нейтральных частиц и обладающего механической прочностью, например из алюмини  .

Пучок нейтральных частиц . 9 определен длинной щелью 10 коллиматора

Claims (4)

1 1

, состо щего, например, из свинцового экрана, при этом щель-имеет длину I6 см и ширину 5 мм. На фиг. 1

10

51521293

направление щели по длнпе перпендикул рно плоскости фигуры, а след на кодаерторе 2 средней плоскости потока частиц 9 представл ет собой линию, перпендикул рную плоскости фиг.1 и расположенную приблизительно на половине высоты конвертора.

Основание камеры 18 имеет герме- тичньй соединитель.с вилкой 12. Основание камеры 18 снабжено также вентилем 13 , позвол ющим заполн ть камеру при подход щем давлении cooTBet- ствующим газом,

Обьино в качестве газа берут . инертный газ, например аргон, в который добавл ют небольшое количество многоатомного газа, например изобутана , этана, парообразного спирта, метила или смеси углекислого газа со спиртом. Давление регулируетс  в пределах 5 -10 - 10 Па, а в описанном варианте выполнени  устанав - ливаетс  на 10 На. Дл  предотвра- ени  последствий старени  газа можно акже выполнить в камере два отверсти , акие, какие образует вентиль 13 так, тобы установить непрерывную цирку цию и/или обновление газа в камере.

эф н оч ду не то не Ф ли ще но ны ко до си ча ва др л це ше по ви ко ет

20

25

ос

Основание камеры 18 имеет еще один Q матором, а система сбора зар женных

герметический ввод 14 дл  электрического кабел  15. Кабель 15 с наружной изол цией соедин ет конвертор 2 и катоды 4.1 и 4.2 с отрицательным электрическим потенциалом пор дка 2-3 кВ.

Напр жение питани  зависит от рассто ни  между анодными проводами сетей 3.1 и 3.2 и конвертором 2, от давлени  газа в камере, от коэф- фициента усилени , необходимого дл  создани  лавин в газе, и от диаметра анодных проводов. Напр жение составл ет предпочтительно пор дка одного вольта на миллиметр и на торр (1 ,3-10 Па).

Предлагаемое устройство позвол ет, в частности, получить изображение плотного тела, у которого пересекаема  нейтральными частицами толщина , металла составл ет более сантиметра. Устройство может быть пр1ф енено дл  формировани  изображений плотных и t объемных предметов, например конвейеров . В этом случае удобно использовать рентгеновские фотоны или гамма-кванты . Их энерги  равна по меньшей мере 50 кэВ, предпочтительно 250 кэВ-2 кэВ.

35

40

45

50

55

частиц, на электроды которой подан положительный относительно конвертора потенциал, выполнена с возможностью образовани  лавинного эффекта в газе и соединена со схемами электронных каналов, формируищих одномерное изображение.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающеес  тем, что электроды системы сбора зар женных частиц выпо нены в виде набора электрически изо лированных одна от другой проволок, расположенных параллельно проекции оси пучка частиц на пластину конвертора .

3.Устройство по п.2, отличающеес  тем, что система сбора частиц дополнительно снабжена плоским электродом, имеющим такой

же потенциал, как и конвертор, и рас положенный параллельно ему с другой относительно конвертора стороны от набора проволочньгх электродов.

4.Устройство поп.З, отли - чающеес  тем, что система сбора зар женных частиц снабжена набором электродов и дополнительным плоским электродом с двух сторон конвертора.

0

Устройство имеет очень высокую эффектив 1ость пор дка 30% с излучением 400 кэБ, позвол ет получить очень контрастное изображение исследуемых предметов и может быть применено в гаммаграфии, рентгеновской томографии, томографии гамма-лучами, нейтронами или излучением позитронов. Формула изобретени  1. Устройство обнаружени  и локализации нейтральных частиц, содержащее датчик в виде камеры, заполненной газом и проницаемой дл  нейтраль- ных частиц, в которой установлены конвертор в виде пластины из твердого материала и параллельна  ему система сбора вторичных зар женных частиц, включающа  набор продолго- ватных электродов, параллельных Друг другу и пластине конвертора, о т - личающеес   тем, что, с целью повъпцени  позиционного разрешени  и чувствительности, датчик до-- полнительно содержит коллиматор в виде щели, параллельной пластине конвертора, причем конвертор образует угол более 0°, но менее 10 к

0

5

оси пучка частиц, образуемого колли5

0

5

0

5

частиц, на электроды которой подан положительный относительно конвертора потенциал, выполнена с возможностью образовани  лавинного эффекта в газе и соединена со схемами электронных каналов, формируищих одномерное изображение.

2.Устройство по п.1, о т л и - чающеес  тем, что электроды системы сбора зар женных частиц выполнены в виде набора электрически изолированных одна от другой проволок, расположенных параллельно проекции оси пучка частиц на пластину конвертора .

3.Устройство по п.2, отличающеес  тем, что система сбора частиц дополнительно снабжена плоским электродом, имеющим такой

же потенциал, как и конвертор, и расположенный параллельно ему с другой относительно конвертора стороны от набора проволочньгх электродов.

4.Устройство поп.З, отли - чающеес  тем, что система сбора зар женных частиц снабжена набором электродов и дополнительным плоским электродом с двух сторон конвертора.

.1

Фи2.