Сцинтиляційний детектор для реєстрації нейтронів, рентгенівського і м’якого y-випромінювань

Корисна модель відноситься до технології виготовлення детекторів іонізуючих випромінювань, призначених для реєстрації та спектрометрії м'якого рентгенівського випромінювання, а також для реєстрації нейтронів. Основними сцинтиляційними параметрами, що характеризують якість детекторів рентгенівського випромінювання, є енергетичне розподілення і світловий вихід. Відомий сцинтиляційний детектор для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання [А.с. СРСР №915592, G01T1/20], що містить корпус, світлозбірник з відбивачем, вхідне вікно, вихідне вікно і сцинтилятор у вигляді пластини паралелепіпеда. Пластина сцинтиляційного монокристалу зчленована з вихідним вікном детектора найменшим торцем і поміщена усередину клиноподібного розширеного до вихідного вікна світлозбірника, вся внутрішня поверхня якого покрита шаром дзеркального матеріалу, що відбиває. Розташування кристала в клиноподібній формі світлозбірника, що відбиває, забезпечує найкращі умови для світлозбирання за рахунок-мінімальних втрат світла при мінімальній кількості відбиттів. Однак форма відбивача такого детектора технологічно досить складна у виготовленні через необхідність точного дотримання відповідності його геометричних розмірів і геометричних розмірів сцинтилятора для нормальної роботи детектора (при недотриманні точної відповідності розмірів навіть при невеликих зовнішніх навантаженнях відбувається порушення оптичного контакту й погіршення загального світловиходу за рахунок зсуву кута відбивача щодо осі кристала). Крім того, не виключена ймовірність появи "схованого" браку під час збирання детектора при вклеюванні оптичного скла вихідного вікна в суцільний корпус (ушкодження оптичного контакту й неперпендикулярність розташування оптичного скла щодо торця вхідного вікна й осі корпуса). Відомий сцинтиляційний детектор для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання [Бугай Е.А., Загарий Л.Б., Сысоева Е.П., Цирлин Ю.А. Исследование сцинтилляционных характеристик детекторов рентгеновского излучения. / Монокристаллы и сцинтилляционные материалы. - Сборник научных работ №2. - Харьков, 1978, с.83-87], що містить корпус детектора із двома протилежно розташованими уступами на внутрішній поверхні, на один з яких вклеєно вихідне оптичне вікно, зчленоване елементом оптичного зв'язку зі сцинтиллятором з бічним відбивачем у вигляді центруючого кільця, на іншому - вхідне вікно у вигляді диска малої товщини з наклеєним плівковим торцевим відбивачем, зверненим до сцинтилятора, притиснуте герметизуючим нерозрізним або розрізним кільцем. В таких детекторах висота уступу, протилежного вихідному вікну, більше висоти сцинтилятора, встановленого на скло вихідного вікна. Відповідно, між торцем сцинтилятора з боку вхідного вікна і світловідбиваючою плівкою (покриттям) є зазор, висота якого для роботи детектора повинна становити не більше 1мм. Однак заготівка сцинтилятора після механічної обробки (токарської обробки) завжди має порушений поверхневий шар з різною глибиною проникання в заготівку, який підлягає видаленню при подальшій обробці сцинтилятора (шліфуванні й поліруванні). Очевидно, що чим більше глибина порушеного шару, тим більше буде відстань між відбивачем і кристалом сцинтилятора, в результаті чого погіршуються умови світлозбирання в детекторі за рахунок розсіювання відбитого світла в зазорі. До недоліків детекторів зазначеної конструкції варто також віднести неможливість забезпечення достатньої для якісної герметизації детекторів довжини клейового шва з боку вхідного вікна, що становить 3-4мм. Як прототип обраний останній з наведених аналогів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки сцинтиляційного детектора для реєстрації нейтронів рентгенівського і м'якого g-випромінювання, що забезпечує поліпшення сцинтиляційних параметрів за рахунок надійної герметизації. Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що в сцинтиляційному детекторі для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання, що містить корпус детектора із двома протилежно розташованими уступами на внутрішній поверхні, на один із яких вклеєно вихідне оптичне вікно, зчленоване елементом оптичного зв'язку зі сцинтилятором з бічним відбивачем у вигляді центруючого кільця, вхідне вікно у вигляді диска малої товщини, плівковий торцевий відбивач і розрізне кільце, відповідно до корисної моделі, уступ внутрішньої поверхні корпуса з боку вхідного вікна виконаний нижче висоти сцинтилятора, встановленого на вихідне вікно, плівковий торцевий відбивач розрізним кільцем притиснутий безпосередньо до сцинтилятора, а вхідне вікно укріплене на корпусі за допомогою втулки. Виконання висоти уступу внутрішньої поверхні корпуса з боку вхідного вікна нижче висоти сцинтилятора, встановленого на вихідне вікно, дає можливість забезпечити постійну висоту повітряного зазору між торцем сцинтилятора і плівковим торцевим відбивачем, притиснутим безпосередньо до торця сцинтилятора розрізним кільцем, яке забезпечує його надійне прилягання й рівномірний розподіл, і виключити тим самим вплив зазору на характер відбиття світла, а також збільшити якість світлозбирання детектора за рахунок мінімальних втрат світла при мінімальній кількості відбиттів. Застосування втулки забезпечує надійну герметизацію детектора, через можливість збільшення довжини клейового шва з боку вхідного вікна до 8-12мм (тоді як у відомих конструкціях довжина клейового шва становить 3-4мм). В таблиці наведені сцинтиляційні характеристики детектора пропонованої конструкції в порівнянні із прототипом. На Фіг. наведений загальний вид сцинтиляційного детектора. Сцинтиляційний детектор для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання (Фіг.) складається з корпуса 1 із вклеєним вихідним оптичним вікном 2, сцинтилятора 3, елемента оптичного зв'язку 4 між ними, бічного відбивача 5 у вигляді центруючого кільця, плівкового торцевого відбивача 6, притиснутого розрізним кільцем 7, вхідного вікна 8 у вигляді диска малої товщини, розташованого на торці циліндричної частини корпуса 1 і укріпленого герметизуючою втулкою 9. З'єднання корпус 1 - вихідне вікно 2; корпус 1 - вхідне вікно 8 у вигляді диска малої товщини та корпус 1 - герметизуюча втулка 9, розрізне кільце 7 - вхідне вікно 8 у вигляді диска малої товщини; вхідне вікно 8 у вигляді диска малої товщини - герметизуюча втулка 9 забезпечені клейовим з'єднанням відповідно 10, 11, 12, 13. Сцинтиляційний детектор для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання виготовляють у такий спосіб. У корпус 1 на конструкційному клеї 10 вклеюють скло вихідного вікна 2. Потім в корпус 1 встановлюють бічний відбивач 5 у вигляді центруючого кільця і сцинтилятор 3. Сцинтилятор 3 зчленовують зі склом вихідного вікна 2 елементом оптичного зв'язку 4, після чого на торець сцинтилятора 3 з боку вхідного вікна натягають плівковий торцевий відбивач 6, притискаючи його розрізним кільцем 7. Потім вхідне вікно 8 у вигляді диска малої товщини вклеюють в герметизуючу втулку 9 на конструкційному клеї 13, після чого отриману зборку наклеюють на корпус 1 на конструкційному клеї 11, попередньо нанесши конструкційний клей 12 на торець розрізного кільця 7 з боку вхідного вікна. Сцинтиляційний детектор працює в такий спосіб. Радіаційне випромінювання надходить на вхідне вікно й бічну поверхню детектора, викликаючи усередині сцинтилятора спалахи, які вловлюються розташованим з боку вихідного вікна детектора фотоелектронним помножувачем, що підсилює сигнал і через електронний перетворювач передає його на реєструючий прилад. Як видно з таблиці, запропонована конструкція сцинтиляційних детекторів для реєстрації нейтронів, рентгенівського й м'якого g-випромінювання дозволяє збільшити значення світлового вихода на ~8%. Випробування детектора проводились на прикладі одного з найбільш гігроскопічних кристалів Li(Eu) шляхом відпалу при температурі 80°С протягом 3 годин, а потім в умовах підвищеної вологості (вологість 80%) протягом 6 годин. Сцинтиляційні характеристики після проведення випробувань не змінилися, що свідчить про високу надійність герметизації. Таблиця Детектор Конструкція за прототипом Пропонована конструкція Сцинтиляційні характеристики Світловий вихід, % Розподілення, % Світловий вихід, % Розподілення, % Na(Tl) 91,3 7,5 100 7,5 Кристал CsLiYCl6(Ce) 19,55 7 21,25 7 Li(Eu) 18,44 7,5 20 7.5