Детектор іонізуючого випромінювання

Детектор іонізуючого випромінювання, виконаний у вигляді моношару кристалічних частинок, нанесеного на оптичний елемент, який відрізняється тим, що оптичний елемент по формі являє собою п'ятигранник із квадратною основою, двома більшими трапецієподібними гранями і двома меншими трикутними гранями із співвідношенням сторін Винахід відноситься до сцинтиляційної техніки, зокрема до детекторів іонізуючих випромінювань Відомий детектор іонізуючих випромінювань, виконаний у вигляді сцинтиляційного прошарку полікристалічних сферичних гранул лужногалоідних кристалів у імерсійному середовищі на основі полімерної композиції з тиксотропною добавкою, що складає 2,0 - 2,5мас%, розташованого між двома оптичними склами [а с СРСР №1512339, кп GO1T1/20] Полікристалічні гранули мають розмір 1,0 - 3,0мм Детектор забезпечує світловий вихід 0,18 - 0,2 у е с в при реєстрації рентгенівського і у-випромінювання від 20 до 120кеВ Відомий СЦИНТИЛЯЦІЙНИЙ матеріал для детекторів іонізуючих випромінювань, що складається з кристалів сцинтилятора і органічного дисперсного середовища [ас СРСР №1075726, кл GO1T1/20, СО9К11/10] У якості сцинтилятора матеріал містить полікристали твердого розчину з'єднань а < U де а Si < S 2 , - довжина сторони квадратної основи, / - довжина ребра п'ятигранника, паралельного основі, Sx і S2 - ВІДПОВІДНО, площі квадратної основи і більшої бокової грані, зазначений моношар нанесений принаймні на одну більшу бокову грань, а на менші ІНШІ ЙОГО грані, крім квадратної основи, і на частинки моношару нанесене світловідбиваюче покриття 2 Детектор за п 1, який відрізняється тим, що моношар виконаний із кристалічних частинок ZnSe(Te) у формі пірамід і/або призм 3 Детектор за п 1, який відрізняється тим, що моношар виконаний із гранульованих частинок Csl(TI) у формі півсфер А В з розміром 0,01 - 1,00мм при такому співь відношенні компонентів, об % - полікристали твердого розчину з'єднань А11ВУ1-20-90, - органічне дисперсне середовище - решта Сцинтиляційний матеріал забезпечує реєстрацію різноманітних видів випромінювання, має високий СВІТЛОВИХІД і радіаційну СТІЙКІСТЬ У порівнянні з попереднім аналогом, використання полікристалів з'єднання А П В У 1 дозволяє розширити види випромінювання, що реєструються, (включаючи реєстрацію нейтронів), а також підвищити радіаційну СТІЙКІСТЬ детектора До вади відомих аналогів можна віднести багато шаруватість упаковки, наявність імерсійного середовища і відсутність урахування форми часток, що призводить до неефективних умов світлозбирання і не дозволяє забезпечити необхідну чутливість детектора О СО (О 46134 ється в порошок Встановлено, що використання часток Csl(TI) у формі напівсфери найкраще з погляду світлозбирання Експериментальне також показано, що нанесення на кожну з таких часток покриття, що відбиває, призводить до значного підвищення світлового виходу в порівнянні з тим, коли частки знаходяться в імерсійному середовищі або коли відбиваюче покриття нанесене на моношар, як у прототипі Вибір розміру часток для утворення монослою, що сцинтилює, провадиться з умов 90% поглинання даного виду випромінювання в ньому На фіг 1 зображений ескіз запропонованого детектора в аксонометрії, на фіг 2 - те ж, вид збоку, у таблиці приведена величина світлового виходу для різноманітних розмірів оптичного елемента і різноманітної енергії падаючого випромінювання в порівнянні з аналогами і прототипом Проте, використовувана сферична форма поДетектор складається з моношару 1 кристалілікристаличних гранул і наявність імерсійного сечних часток, нанесеного, за допомогою оптичного редовища не сприяє оптимальним умовам світлоклею УП4-260-ЗМ на одну або обидві великі грані З збирання в детекторі Запропонована форма площею S2 оптичного елемента з прозорого матесвітловода не дозволяє істотно збільшувати плоріалу, що являє собою п'ятигранник, який має кващу сцинтиляційного шару в порівнянні з вихідним дратну основу 4 з стороною а і площею Si, з боковікном детектора вими великими гранями у вигляді трапеції З, площею S2 і меншими гранями у вигляді трикутниМетою цього винаходу - розробити детектор ка 6 Ребро 5 п'ятигранника паралельно квадратіонізуючого випромінювання, що забезпечив би ній підвалині і має довжину І На кристалічні частки збільшення світлового виходу при реєстрації р-, моношару 1 і на ІНШІ бокові грані оптичного еленизькоенергетичного у- і рентгенівського випромімента нанесене покриття, що відбиває, 2 У якості нювання фотоприймача можуть бути використані не менше Рішення задачі досягається тим, що в запроодного Si-фотодюда або ФЕП, з'єднаних із квадрапонованому детекторі іонізуючого випромінювантною гранню 4 оптичного елемента площею Si, що ня, що виконаний у вигляді моношару кристалічвиконує роль вихідного вікна детектора них часток, нанесеного на оптичний елемент, ВІДПОВІДНО до винаходу оптичний елемент являє Приклади виконання запропонованого детексобою п'ятигранник із квадратною основою і з ветора ликими боковими гранями у вигляді трапеції, менПриклад 1 Кристалічні частки для моношару 1 шими гранями у вигляді трикутника і з співвідноготують шляхом роздрібнення полірованих пласшеннями розмірів а < І, S-і < S2, де а - розмір тин ZnSe(Te) із необхідними робочими характеристорони квадратної грані, см, І - розмір ребра п'ястиками Роздріблену речовину просівають через тигранника, паралельного основі, см, Si і S2 - ВІДсито з отворами, що відповідають розмірам обра2 ПОВІДНО, ПЛОЩІ, см , квадратної і більшої бокової них часток з урахуванням енергії падаючого виграні Моношар нанесений не менше ніж на одну з промінювання Для енергії Ер = 2,1 МеВ, Еу = 50кеВ великих граней п'ятигранника, а на ІНШІ ЙОГО грані, розмір часток складає 0,15см Формування монокрім квадратної, і на частки моношару нанесене шару 1 проводиться безпосередньо на поверхні покриття, що відбиває Рішення задачі досягається (або поверхнях) грані 3 оптичного елемента, для також тим, що моношар виконаний із кристалічних чого поверхню покривають тонким прошарком опчасток ZnSe(Te) у формі пірамід і/або призм, або з тичного клею УП4-260-ЗМ На клей рівномірно кристалічних часток Csl(TI) у формі напівсфер вкладають кристалічні частки Прошарок максимально ущільнюють і витримують на протязі 24-годин Оптичний елемент у вигляді п'ятигранника запри кімнатній температурі На поверхню часток з значених геометричних розмірів забезпечує оптиусіх боків завдають відбиваюче покриття 2 на осмальні умови світлозбирання з більшої (більших) нові СКТНСС-МЕД Покриття, що відбиває, на осйого грані на фотоприймач, що встановлюється на нові СКТНСС-МЕД або з дакронової плівки товщиквадратній грані, виконуючи таким чином роль ною t = 5мкм наносять також на всі ІНШІ поверхні світловода Як показали експерименти, оптимальні граней 3,6 оптичного елемента, крім квадратної умови світлозбирання в моношару з сцинтиляційграні 4, що виконує роль вихідного вікна На вихідних часток досягаються при використанні часток не вікно детектора за допомогою оптичного клею ZnSe(Te) у вигляді пірамід або призм, що у силу УП4-260-ЗМ наклеюють фотоприймачі, причому кристалографічних властивостей ZnSe(Te) переплоща квадратної грані 4 відповідає площі фотоважно утворюються в результаті роздрібнення приймачів Розміри оптичного елемента Н = 10см, монокристалічної пластини Для Csl(TI) єдиним І = 7см, а = 1см можливим засобом одержання кристалічних часток необхідних розмірів є їх гранулювання в сфеПриклад 2 Для моношару 1 використовують ричній формі, оскільки в результаті роздрібнення, сферичні гранули з кристалів Csl(TI) Розміри грачерез свої пластичні властивості він перетворюнул вибирають з урахуванням енергії падаючого Відомий детектор іонізуючих випромінювань, виконаний у вигляді моношару полікристаличних часток- сферичних гранул розміром 0,2 - 0 Змм із Nal(TI), у імерсійному середовищі (наприклад, у фторопластовому або кремнійорганичному лаку), нанесеного на оптичний елемент [а с СРСР №698413, кл GO1T1/20] Сцинтиляційний прошарок може бути розташований між оптичним склом (вихідне вікно) І берилієвим диском (вхідне вікно детектора), або нанесений на напівсферичну поверхню з оргскла, що виконує роль світловоду Поверх прошарку часток розташована дакронова плівка товщиною 5мкм, що є відбивачем Для даного детектора отриманий СВІТЛОВИХІД 119 - 127% щодо монокристаличної пластини Nal(TI) Виконання детектора у вигляді моношару сферичних гранул забезпечує більш ефективне світлозбирання за рахунок відсутності втрат при проходженні світла через межі між гранулами моношару 46134 нової плівки товщиною t = 5мкм наносять також на випромінювання Ер = 2,6МеВ, Еу = 70кеВ, що відвсі ІНШІ поверхні граней 3,6 оптичного елемента, повідає радіусу гранул 0,15см Формування монокрім квадратної грані 4, що виконує роль вихідного шару 1 проводять на поверхні підложки з оргскла, вікна На вихідне вікно детектора за допомогою площа і форма якої відповідає поверхні оптичного оптичного клею УП4-260-ЗМ наклеюють фотоелемента, для чого гранули занурюють у клей біприймачі, причому площа квадратної грані 4 відльше ніж наполовину Після витримки на протязі повідає площі фотоприймачів Розміри оптичного 24 годин при кімнатній температурі видаляють елемента Н = 10см, І = 7см, а = 1см половину сцинтиляційного шару з підложкою Сцинтиляційний шар, що залишився, за допомогою Приклади виконання детекторів із різноманітоптичного клею наклеюють основами напівсфери ними розмірами оптичного елемента і розмірами на поверхню грані 3 оптичного елемента На бокочасток у залежності від енергії падаючого випроміві поверхні часток з усіх сторон наносять відбиванювання і їхнього розміру світлового виходу приюче покриття 2 на основі СКТНСС-МЕД Покриття, ведені в таблиці що відбиває, на основі СКТНСС-МЕД або з дакроТаблиця Матеріал ZnSe(Te) ZnSe(Te) ZnSe(Te) ZnSe(Te) ZnSe(Te) Csl(TI) Csl(TI) Розміри оптичного елемента, см Н I а 10 7 1 10 7 1 15 10 1 20 15 1 10 7 2 10 7 1 10 7 1 Розмір часток, см Енергія увипромшювання, кеВ Енергія рвипромшювання, МеВ Величина світло- Величина світлового виходу увого виходу рвипромшю-вання* випроміню-вання * 2,4 1,56 1,80 1,60 1,80 2Д 2,1 1,85 2,05 0,2 2,4 1,98 2,45 0,15 21 1,87 2,40 0,15 70 2,6 1,65 1,58 0,2 80 3,0 1,61 1,67 За аналогом Csl(TI) - 0,1-0,3 20-120 0,18-0,20** За прототипом - 0,02-0,03 5,9-24 1,19-1,27 Nal(TI) * Величина світлового виходу визначалась щодо величини світлового виходу монокристалічної пластини з того ж матеріалу, що була прийнята за 1 **Величина світлового виходу вимірювалось в одиницях у є с в 0,2 0,15 0,15 60 50 50 60 50 Запропоноване конструктивне виконання детекторів на основі кристалічних часток із ZnSe(Te) і гранул кристалів Cs(TI) за своєю чутливістю в 1,52 раз перевершують детектори, що описані в аналогах і прототипі Це дозволяє використовувати їх для створення детекторів для р- і низькоенергетичного у- випромінювання Принципово, площа таких детекторів практично не обмежена й обумовлена лише умовами конкретного застосування ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71