Комбінований детектор для одночасної та роздільної реєстрації бета – та гама – випромінювань

Предлагаемое изобретение относится к области стинтилляционной техники, связанной с разработкой приборов для раздельной и одновременной регистрации ионизирующих излучений с использованием метода разделения по форме импульса и амплитудой дискриминации. Известен комбинированный детектор [1] для раздельной регистрации a,b,g-излучений, состоящий из наружного сцинтиллятора CaF2 (Eu) толщиной 0,2 мм, оптически соединенного с кристаллом Nal(TI) толщиной 25,4 мм и диаметром 5,08 см, посредством кварцевого стекла толщиной 3 мм. Различное время высвечивания в CaF2(Eu) (10,91 мкс) и в Nal(TI) (0,23 мкс) позволяет раздельно регистрировать a- и bизлучение в CaF2(Eu) и g-излучение в Nal(TI). Слой кварцевого стекла препятствует попаданию b-частиц в Nal(TI). К недостаткам этого детектора относятся: сравнительно большой вклад g-излучения в счет g-излучения из-за достаточно высокой плотности (3,5 г/cм3)CaF2 и, как следствие, заметная чувствительность сцинтиллятора СаF2(Еu) к - излучению, небольшое отношение времени высвечивания используемых в детекторе сцинтилляторов (~4), что является существенно важным параметром при использовании детектора в схеме разделения по длительности импульса. Известен также комбинированный детектор [2] для одновременной раздельной регистрации β, gизлучений, состоящий из наружного пластического сцинтиллятора толщиной 1 мм и находящегося с ним в оптическом контакте неорганического сцинтиллятора, монокристалла Csl(TI) диаметром 40 и толщиной 2 мм, Недостатком этого детектора является низкий световой выход пластмассового сцинтиллятора к bизлучению, что при дискриминации шумовых сигналов приводит к понижению чувствительности к bизлучению. Кроме того, при указанной толщине пластмассового сцинтиллятора чувствительность его к низкоэнергетическому g-излучению достаточно высокая. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является решение [2]. В основу изобретения поставлена задача создания комбинированного детектора для одновременной и раздельной регистрации бета- и гамма-излучений, который обеспечил бы уменьшение вклада фонового излучения и увеличение светового выхода детектора. Решение поставленной задачи достигается тем, что в комбинированном детекторе, состоящем из наружного тонкослойного органического сцинтиллятора и неорганического сцинтиллятора, находящихся в оптическом контакте, согласно изобретению, в качестве наружного сцинтиллятора использована тонкая пленка паратерфенила, которая нанесена на окно детектора, обращенное к падающему излучению, толщина которого выбрана из соотношения где d - толщина окна, мм; dg Emin - глубина проникновения гамма-излучения с минимальной энергией, мм; db Emax - длина свободного пробега бета-частиц с максимальной энергией, мм. Используемый метод одновременной и раздельной регистрации β- и g-излучений основан на применении комбинированного детектора, состоящего из двух сцинтилляторов, имеющих различную чувствительность к βи g-излучениям и различные времена высвечивания. Первый наружный сцинтиллятор должен иметь максимальную чувствительность к b-излучению и минимальную чувствительность к фоновому (т. е. к g-излучению). Соответственно, второй сцинтиллятор должен иметь максимальную чувствительность к g-излучению и минимальную чувствительность к b-излучению. В отношении первого сцинтиллятора это достигается выбором вещества сцинтиллятора с малым атомным номером и малой плотностью и уменьшением толщины сцинтиллятора. Нижний предел по толщине лимитируется уменьшением светового выхода из-за уменьшения доли энергии, потерянной b-частицами. Поэтому важно иметь сцинтиллятор с большим световым выходом, что при прочих равных условиях позволяет уменьшить его толщину. В качестве сцинтиллятора нами был выбран паратерфенил, активированный дифенилбутадиеном. Второй сцинтиллятор должен иметь высокий атомный номер, высокую плотность для достижения необходимой чувствительности к g-излучению и высокий световой выход, что позволяет уменьшить погрешность при регистрации низкоэнергетического g-излучения. Минимальная чувствительность к bизлучению достигается использованием поглотителя b-частиц, расположенного между первым и вторым сцинтиллятором. В качестве второго сцинтиллятора был выбран монокристалл Nal(TI), упакованный в контейнер с двумя окнами из оптического стекла. Однако из этих окон и является поглотителем b-излучения и одновременно подложкой для осаждения первого сцинтиллятора и световодом для прохождения света от сцинтиллятора. Материал для этого окна долженудовлетворять следующим требованиям: - коэффициент преломления его должен быть близок к коэффициентам преломления находящихся с ним в оптическом контакте паратерфенила и Nal(Tl); - должен быть прозрачен для света сцинтилляций от паратерфенила; - не сцинтиллировать под воздействием излучения. Таким требованиям удовлетворяет оптическое стекло К-8. Толщина окна d должна быть не менее длины свободного пробега b-частиц с максимальной энергией в стекле (db Emax), и в то же время значительно меньше глубины проникновения g-излучения с минимальной энергией (dgEmin), Следовательно, Если толщина окна будет меньше длины свободного пробега b-частиц, то увеличится вклад фонового bизлучения в регистрируемое g-излучение. Если толщина окна будет соизмерима с глубиной проникновения - низкоэнергетического g-излучения или более ее, то уменьшится чувствительность детектора к регистрируемому излучению. Тонкий слой наружного сцинтиллятора был получен методом термического испарения в вакууме паратерфенила с активирующей добавкой на окно детектора (служащего подложкой). Конструкция заявляемого детектора представлена на чертеже. Детектор содержит тонкую пленку 1 паратерфенила, первое наружное окно 2 детектора, неорганический сцинтиллятор 3, второе окно 4, слой оптического контакта 5, корпус 6 детектора. Пример конкретного выполнения. Было изготовлено два детектора по техническому решению, соответствующему прототипу, для чего на одно из оснований цилиндрического детектора на основе Csl(TI) в оптическом контакте с ним размещалась пленка из сцинтилляцйонной пластмассы. Размеры детектора: высота - 40 мм, диаметр 20 мм, толщина пленки - 55 мкм. Были изготовлены три детектора аналогичных размеров по предлагаемому решению. Толщина осажденной пленки паратерфенила 35 мкм. Определялись световой выход детекторов при регистрации b-излучения от радионуклида и g-излучение от этого же радионуклида с фонового счета g-излучения Измерялся вклад в диапазоне регистрации β-излучения и фонового счета b-излучения в диапазоне регистрации g-излучения. Подготовка к измерениям и измерения производились в соответствии с ГОСТ 17038.0-79 - ГОСТ 17038.779. Величина К, характеризующая вклад фонового излучения в измеряемое, определялась как отношение количества импульсов, зарегистрированных от измеряемого излучения к количеству импульсов, зарегистрированному от сопутствующего (фонового) излучения в том же диапазоне амплитуд выходных сигналов где - число импульсов фонового счета g· и b-излучений соответственно. Более высокое значение К соответствует меньшему вкладу фонового излучения. Результаты измерений параметров детекторов представлены в таблице. Поскольку в детекторах по предлагаемому решению конструкция обеспечивает полное поглощение b-излучения в окне 1, то Из таблицы следует, что световой выход комбинированных детекторов по предлагаемому решению в среднем на 35 и 100% выше, чем у прототипа, соответственно, при регистрации β- и g-излучения. Вклад фонового g-излучения в b-счет в детекторах по предлагаемому решению примерно на 70% меньше, чем в детекторах по прототипу. Вклад b-излучения в g-счет а детекторах по предлагаемому решению существенно ниже, чем у прототипа, и появляется за счет шумовых сигналов в аппаратуре.