Комбінований детектор іонізуючого випромінювання, зокрема гамма-нейтронного випромінювання
Номер патенту: 109524
Опубліковано: 25.08.2015
Автори: Літічевський Владислав Олександрович, Сідельнікова Лідія Юріївна, Лалаянц Олександр Іванович, Онищенко Геннадій Михайлович, Тупіцина Ірина Аркадіївна, Півень Леонід Олексійович, Галкін Сергій Миколайович, Сідлецький Олег Цезарович, Рижиков Володимир Діомидович
Формула / Реферат
1. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань, зокрема гамма-нейтронного випромінювання, що містить сцинтиляційні елементи, що чергуються зі світловодами з полімерного матеріалу; сцинтиляційні елементи та світловоди встановлені боковими сторонами до фотоприймача, при цьому всі елементи оптично з'єднані між собою та фотоприймачем, який відрізняється тим, що сцинтиляційні елементи являють собою попарно з'єднані з відбивачем посередині двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі товщиною 1-3 мм, що містять пошарово розташовані кристалічні частки в оптично прозорому середовищі, концентрація зазначених часток становить 50-70 об. % від об'єму оптично прозорого середовища, їх розмір вибрано в інтервалі 300-500 мкм, при цьому розмір часток у шарах змінюється таким чином, що частки менших розмірів знаходяться з боку фотовідбивача, а з більшими розмірами - з боку світловоду, товщина світловодів знаходиться в межах 3-5 мм, загальна бічна площа сцинтиляційних елементів, світловодів і відбивачів дорівнює робочій площі фотоприймача.
2. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 1, який відрізняється тим, що двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі виконані з халькогенідних та оксидних кристалічних часток.
3. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 2, який відрізняється тим, що халькогенідними сцинтиляційними частками є ZnSe(Al) або ZnSe(Te), a оксидними - ZnWO4 або LGSO(Ce).
4. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що співвідношення між халькогенідними і оксидними сцинтиляційними частками в композиційній панелі знаходитися в межах від 4:1 до 1:1.
5. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що оптично прозорим середовищем є сцинтиляційний пластик.
6. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що світловоди виконані з воденьвмісного полімерного матеріалу.
7. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відбивач виконаний з алюмінізованого майлару.
Текст
Реферат: Винахід належить до галузі радіаційного контролю і може бути використаний у дозиметричних митних службах, для вирішення задач ядерної безпеки та Держатомнагляду. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань, зокрема гамма-нейтронного випромінювання, містить сцинтиляційні елементи, що чергуються зі світловодами, встановлені перпендикулярно до фотоприймача, між якими розташовані світловоди з високопрозорого полімерного матеріалу, при цьому всі елементи оптично з'єднані між собою та фотоприймачем, бічні пластини детекторів виконані у вигляді світловодів. Сцинтиляційні елементи являють собою попарно з'єднані через відбивач двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі товщиною 1-3 мм, що містять пошарово розташовані кристалічні частки в оптично прозорому середовищі, концентрація зазначених часток становить 50-70 об. % від об'єму оптично прозорого середовища, їх розмір вибрано в інтервалі 300-500 мкм, при цьому панелі з меншими розмірами часток звернені до відбивача, а з великими - до світловодів, товщина яких становить UA 109524 C2 (12) UA 109524 C2 3-5 мм, загальна площа сцинтиляційних елементів, світловодів і відбивачів дорівнює робочій площі фотоприймача. Технічним результатом винаходу є одночасна реєстрація низькоенергетичного гамма-випромінювання та швидких нейтронів і створення портативного переносного детектуючого пристрою. UA 109524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід може застосовуватись для детектування джерел радіоактивного забруднення та виявлення радіоактивних матеріалів в різноманітних об'єктах, що підлягають контролю, у тому числі на транспорті, і призначений для комплексів і систем радіаційного контролю, що використовуються у дозиметричних митних службах, для вирішення задач ядерної безпеки та Держатомнагляду. У більшості систем, що використовуються для детектування нейтронного випромінювання, намагаються використовувати два окремих канали реєстрації: один для нейтронного випромінювання, другий для супутнього гамма-випромінювання. Для деяких областей реєстрації гамма-нейтронних випромінювань даний підхід є недоцільним. Наприклад, для ефективного і своєчасного виявлення та ідентифікації митними службами різних ядерних матеріалів, необхідно застосовувати компактний і високочутливий детектор, здатний одночасно реєструвати як гамма-, так і нейтронне випромінювання. Для забезпечення найбільшої ефективності реєстрації гамма-нейтронного випромінювання доцільно, з нашої точки зору, використовувати реакцію непружного розсіювання нейтронного випромінювання на ядрах матеріалу сцинтилятора - (n, n'), що забезпечує можливість реєстрації одночасно як швидких нейтронів, так і гамма-випромінювання в енергетичному діапазоні (20-1000 кеВ). Також, цей детектор можна використовувати для технологічного контролю при переробці ядерного палива, для реакторної діагностики, митного та інших видів контролю джерел нейтронного і гаммавипромінювання [патент України № 96428, G01Т1/20]. Такий підхід до виявлення радіоактивних матеріалів дозволяє застосовувати як традиційні сцинтилятори чутливі до нейтронного випромінювання (що містять елементи з високим значенням перетину взаємодії з нейтронами - Gd, Li, В, F і т.п.), так і халькогенідні сцинтилятори групи A2B6, зокрема селенід цинку (ZnSe). Сцинтиляційні кристали селеніду цинку мають високий квантовий вихід (60 тис. фотон / МеВ), та низький рівень післясвітіння (менше, ніж 0,05 % через 6 мкс після радіаційного імпульсу). Сцинтиляційні кристали ZnSe ефективно реєструють низькоенергетичне гаммавипромінювання в діапазоні від 10 кеВ до 300 кеВ. Однак сцинтиляційні кристали ZnSe великих габаритів мають невисокий коефіцієнт пропускання в оптичному діапазоні люмінесценції. Це обмежує можливість застосування сцинтиляційних кристалів ZnSe великих розмірів. Відомий сцинтиляційний детектор нейтронів [патент РФ № 2412453, G01T3/06], що складається з детектора-сцинтиблока, що включає сповільнювач нейтронів з воденьвмісної речовини, сцинтилятор і фотоелектронний помножувач, блок електронної обробки сигналів. Сцинтилятор виконаний у вигляді збірки паралельно розташованих один до одного люмінесцентних волокон з чутливого до теплових нейтронів матеріалу на основі змішаного оксиду гадолінію, ітрію та європію, з одного боку якого в корпусі детектора-сцинтиблока додатково розташовано світловідбиваюче дзеркало, з іншого боку - фокусуюча лінза, що забезпечує збирання люмінесцентного сигналу з волокон збірки на фотокатоді фотоелектронного помножувача, а сам волоконний сцинтилятор розташований частково всередині сповільнювача нейтронів з воденьвмісної речовини у формі циліндра або шестикутної призми з діаметром, що перевищує діаметр збірки, частково - всередині сповільнювача нейтронів з воденьвмісної речовини у формі циліндра або шестикутної призми з діаметром, рівним діаметру збірки, і частково - поза сповільнювачем. Незважаючи на можливість реєстрації як швидких, так і теплових нейтронів, а також одночасну реєстрацію гамма-випромінювання, супутнього нейтронному випромінюванню радіоактивних матеріалів, даний детектор має складну конструкцію детектуючої системи і значні габарити, що не дозволяє застосовувати його в портативних системах виявлення радіоактивних матеріалів. Відомий сцинтиляційний нейтронний детектор [патент РФ № 2488142, G01T1/20], який 6 включає в себе сцинтиляційну пластину з сумішшю кристалів ZnS:Ag(Cu): LiF, диспергованих в оптично прозоре середовище, світловід, фотоелектричний помножувач і пристрій, з дискримінатором за формою імпульсу, при цьому в пристрій введено світловід, виконаний з матеріалу з високим повним коефіцієнтом відбиття світла 96-98 %, а поверхня сцинтиляційної пластини покрита оптично прозорим відбиваючим матеріалом, реєструючий пристрій з режекцією імпульсів гамма-випромінювання виконаний за схемою інтегрування аналогових імпульсів у затриманому і фіксованому по тривалості вікні. Однак, присутність в імпульсі люмінесценції повільних компонент загасання цинксульфідного люмінофору ZnS:Ag(Cu) (десятки мікросекунд) змушує використовувати спеціальні методи обробки сигналів. Через високий показник оптичного заломлення кристалу ZnS(Ag) (n = 2.4) і низьку прозорість дисперсного люмінофору суттєво обмежена передача світлового сигналу на фотоприймач. Поверхня пластини має високу шорсткість і, внаслідок 1 UA 109524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цього, при багаторазовому відбитті світла виникають його високі втрати. Також, зважаючи на високий коефіцієнт поглинання власного випромінювання люмінофорів на основі ZnS, виникає необхідність створювати сцинтиляційні детектори великої площини для забезпечення прийнятної ефективності реєстрації, що так само не дозволяє їх застосовувати в портативних системах виявлення радіоактивних матеріалів. Відомий пристрій - радіаційний портальний монітор (РПМ) NeuPort 2500 фірми «Saint-Gobain Crystals», в якому використовується сцинтиляційний нейтронний детектор на базі сцинтилятора 6 ZnS:Ag(Cu): LiF. Даний пристрій розроблено як альтернативу традиційних газових нейтронних 3 3 детекторів з Не трубками. Це було необхідно у зв'язку з дефіцитом Не , що виробляється в обмеженій кількості у ядерних реакторах. NeuPort Detection Solutions (Каталог, «Saint-Gobain Crystals»). Детектор складається з сцинтиляційної пластини, яка містить суміш кристалів 6 ZnS(Ag): LiF, дисперговану в оптично прозоре середовище (прозора епоксидна смола), і розташованій між двома світловодами з прозорого несцинтилюючого матеріалу (плексиглас) з канавками, у які вмонтовано спектрозміщуючі світловідні волокна, ФЕП та пристрої обробки інформації. Недоліками відомого пристрою є великі габарити порталу та низький світловий збір сцинтиляційного сигналу світловолокнами (5-6 %), ослаблення світла у волокні приблизно 80% на 1 м довжини, складність конструкції і технології світловода і, як наслідок, висока вартість детекторів. Внаслідок цих факторів не вдалося отримати рівномірний по довжині детектора відгук (амплітуда імпульсу), що ускладнює досягнення ефективної режекції гаммавипромінювання при збереженні високої ефективності реєстрації нейтронів. Відомий сцинтиляційний детектор нейтронів і гамма-випромінювання [патент РФ № 2189057, G01T 1/20], що містить датчик, що включає розміщені в єдиному корпусі зовнішній нейтронний сцинтилятор, виконаний з чутливого до швидких нейтронам воденьвмісної речовини на основі пластмаси (СН2)n або стильбену, внутрішній чутливий до гаммавипромінювання сцинтилятор NaІ-Tl, розміщений у колодязі зовнішнього сцинтилятора, фотоелектронний помножувач і блок електронної обробки сигналів. Крім цього датчик містить два екрани з боровмісного матеріалу, що забезпечує реакцію (n, , ). Причому перший екран охоплює зовнішній органічний сцинтилятор, а другий - охоплює контейнер внутрішнього сцинтилятора NaІ-Tl і розташований у колодязі зовнішнього сцинтилятора. Для екранів використовують карбід або нітрид бору, а їх товщину вибирають достатньою для повного поглинання теплових нейтронів. Однак такий детектор має цілий ряд недоліків, зокрема, ефективність світлозбору сцинтиляційних імпульсів, що виникають в пластмасі від швидких нейтронів, невисока, оскільки вона з'єднується з фотоприймачем (ФЕП) не всією площиною, а тільки по периферійному кільцю. Площина з'єднання пластмаси з вікном ФЕП становить 30-40% від площини вікна, тому ефективність детектування світлового сигналу не перевищує 30-40 % від світлозбору в режимі, коли сцинтилятор з'єднується з ФЕП всією робочою поверхнею. Екран з карбіду або нітриду бору є світлопоглинаючим і, тому, частина сцинтиляційного сигналу від пластмаси втрачається. А висока гігроскопічність сцинтиляційного кристалу NaІ-Tl обумовлює високі вимоги до його герметизації. Відомий детектор нейтронного і гамма-випромінювань [патент РФ № 2231809, G01T3/00], який містить три датчика, для одночасної реєстрації швидких, проміжних і теплових нейтронів, а також гамма-випромінювання. Датчики, за які використовуються PІN-сенсорні елементи, розміщені в єдиному корпусі і поміщені в чохли з боровмісного радіатора-конвертора нейтронів, виготовлених з карбіду або нітриду бору. Перший і другий датчики містять сповільнювачі у вигляді пластин воденьвмісного матеріалу, причому вищезазначені сповільнювачі і радіаториконвертори мають неоднорідний перетин. Застосування сповільнювачів-конвертерів в даному детекторі призводить до зниження ефективності реєстрації нейтронного випромінювання за рахунок багаторазового перетворення енергії початкового випромінювання. Крім того, застосування PIN-сенсорних елементів знижує довговічність детекторної системи і обмежує області їх застосування за рахунок низької радіаційної стійкості елементів такого типу. Відомий детектор швидких нейтронів [а.с. СРСР № 377066, G01ТІ/20], що складається з детектуючої і світлопровідної частин, виконаний у вигляді циліндричних каналів, рівномірно розподілених в прозорому світловоді і заповнених детектуючою сумішшю ZnS(Ag) і воденьвмісною речовиною, причому діаметр каналів перевищує довжину пробігу протонів віддачі. Недоліком даного детектора є високий коефіцієнт поглинання власного випромінювання люмінофора ZnS(Ag). Тільки прилеглий безпосередньо до поверхні світловодів шар 2 UA 109524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 люмінофора дає внесок в сцинтиляційний сигнал. А світловий сигнал з внутрішніх шарів люмінофору в каналах практично повністю поглинається і не вносить відчутного вкладу в сумарний сигнал детектора. Також розміри часток люмінофора ZnS(Ag) зазвичай не перевершують 10-20 мкм, що створює у детектуючій суміші велику кількість розсіюючих центрів, що в свою чергу збільшує ступінь втрат корисного сигналу. Відомий сцинтиляційний детектор на основі органічного сцинтилятора [патент України № 86136, G01Tl/20,3/06], що містить корпус детектора, у якому розташований сцинтилятор, що представляє собою частки певного розміру, введені в оптично прозоре імерсійне середовище, поєднаний елементом оптичного зв'язку на основі поліорганосилоксанового каучуку з фотоприймачем. Як органічний сцинтилятор він містить стильбен з лінійним розміром часток 0,5-2,5 мм, введених в імерсійне середовище, а саме силіконовий діелектричний гель «Sylgard527», який вводять у кількості 70-75 % від загальної маси. Представлений композиційний детектор має високу ефективність реєстрації швидких нейтронів з енергією до 2 МеВ. Для реєстрації нейтронного випромінювання з енергією вище 2 МеВ необхідно використовувати дані композиційні детектори великої товщини, а це негативно позначається на їх світлозборі і, відповідно, ефективності реєстрації. Відома сцинтиляційна панель на основі мікрокристалів А2В6 [патент України № 101724, G01T1/202], що містить кристалічні частки сцинтиляційного матеріалу ZnSe в імерсійному середовищі, якою є клейка речовина для поєднання з фотоприймачем, в якій вказані частки розташовані пошарово від більшого розміру часток, з боку фотоприймача, до меншого - з протилежної сторони від фотоприймача. При цьому концентрація зазначених часток становить 20-40 об.% від кількості імерсійного середовища, в яке вони внесені, а їх розмір вибрано у відповідних діапазонах в інтервалі 25-200 мкм. Розміри часток у відповідних діапазонах і товщина отриманої панелі визначаються необхідністю дотримання компромісу між величиною світлового виходу і роздільної здатності панелі. Однак, всі основні параметри даної панелі (товщина, розмір мікрокристалічних часток, ступінь заповнення імерсійного середовища гранулами сцинтилятора) оптимізовані під реєстрацію рентгенівського і м'якого гамма-випромінювання. При детектуванні зазначеної панеллю гамма-нейтронного випромінювання ефективність реєстрації нейтронів буде низькою. Відомий комбінований детектор іонізуючих випромінювань [патент України № 15083А, G01 ТІ/20], що складається з сцинтиляторів і фотоприймача, в якому сцинтилятори на основі монокристалів А2В6 виконані у вигляді пластин, встановлених перпендикулярно до фотоприймача, між якими розташовані світловоди з високопрозорого полімерного матеріалу, при цьому загальна площа сцинтиляторів і світловодів дорівнює робочій площині фотоприймача, всі елементи оптично поєднані між собою і фотоприймачем, бічні пластини детекторів виконані у вигляді світловодів. Зазначений комбінований детектор може бути використаний як детектор гамма-нейтронних систем реєстрації радіоактивних матеріалів на основі реакції непружного розсіювання на ядрах сцинтилятора - (n, n')-реакція. Однак, обмеженість розмірів кристалічного сцинтилятора не дозволяє досягти необхідної чутливості детектора до слабких потоків гамма-нейтронного випромінювання. Таким чином, всі вищенаведені аналоги не забезпечують виконання основних вимог до портативних системам виявлення радіоактивних матеріалів. Зазначені аналоги, що мають високу чутливістю до реєстрації гамма-нейтронного випромінювання мають великі габарити, а малогабаритні детектори мають низьку ефективність реєстрації гамма-нейтронного випромінювання. В основу даного винаходу поставлена задача розробки комбінованого детектора іонізуючих випромінювань, зокрема, гамма-нейтронного випромінювання, який забезпечував би одночасну і ефективну реєстрацію низькоенергетичного гамма-випромінювання та швидких нейтронів, для створення портативних переносних детектуючих пристроїв. Як прототип, за кількістю конструктивних ознак, нами вибраний комбінований детектор іонізуючих випромінювань [патент України № 15083А, G01T1/20]. Поставлена задача вирішується тим, що в комбінованому детекторі іонізуючих випромінювань, зокрема, гамма-нейтронного випромінювання, що містить сцинтиляційні елементи що чергуються, встановлені перпендикулярно до фотоприймача, між якими розташовані світловоди з високопрозорого полімерного матеріалу, при цьому всі елементи оптично з'єднані між собою і з фотоприймачем, бічні пластини детекторів виконані у вигляді світловодів, згідно винаходу, сцинтиляційні елементи являють собою попарно з'єднані через відбивач двохкомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі товщиною 1-3 мм, що містять 3 UA 109524 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пошарово розташовані кристалічні частки в оптично прозорому середовищі, концентрація зазначених часток становить 50-70 об.% від кількості оптично прозорого середовища, їх розмір вибрано в інтервалі 300-500 мкм, при цьому панелі з меншими розмірами часток звернені до фотовідбивача, а з великими - до світловодів, товщина яких становить 3-5 мм, загальна площа сцинтиляційних елементів, світловодів і відбивачів дорівнює робочій площі фотоприймача. Вирішення задачі забезпечується також і тим, що двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі виконані з халькогенідних та оксидних дрібнокристалічних люмінофорів. Вирішення задачі забезпечується також і тим, що халькогенідними сцинтиляційними частками є ZnSe(Al) або ZnSe(Te), а оксидними - ZnWO4 або LGSO(Ce). Вирішення задачі забезпечується також і тим, що співвідношення між халькогенідними і оксидними сцинтиляційними частками в композиційній панелі знаходитися в межах від 4:1 до 1:1. Вирішення задачі забезпечується також і тим, що оптично прозорим середовищем є сцинтиляційний пластик, зокрема, полістирол. Вирішення задачі забезпечується також і тим, що світловоди виконані з високопрозорого воденьвмісного полімерного матеріалу. Вирішення задачі забезпечується також і тим, що відбивач виконаний з алюмінізованого майлару. Відомо, що елементи з високим атомним номером ефективніше взаємодіють з гамманейтронним випромінюванням. Однак, інтенсивність сцинтиляційного сигналу у оксидних сцинтиляторів при збудженні низькоенергетичним гамма-випромінюванням невелика, а в поєднанні з халькогенідним сцинтилятором, який ефективно взаємодіє саме з низькоенергетичним гамма-випромінюванням, забезпечується найбільша інтенсивність світлового сигналу детектора. Як показали експерименти, при збільшенні співвідношення в композиційних сцинтиляційних панелях в сторону халькогенідних часток (вище зазначених меж) спостерігається зниження ефективності реєстрації нейтронного випромінювання через зниження ефективності взаємодії нейтронного випромінювання з матеріалом композиційної панелі. При збільшенні співвідношення в композиційному сцинтиляційному елементі в сторону оксидного сцинтилятора (вище зазначених меж), кількості халькогенідного сцинтилятора в елементі стає недостатньо для ефективної конверсії вторинного гамма-випромінювання в світловий сигнал. Таким чином, зважаючи на зазначені фактори, вибране співвідношення халькогенідного і оксидного компонентів у композиційній панелі є оптимальним. Концентрація зазначених сцинтиляційних часток в оптично прозорому середовищі та їх розміри забезпечують ефективну взаємодію гамма-нейтронного випромінювання зі сцинтиляційними панелями при збереженні їх прозорості до власного випромінювання. Використання часток розміром менше 300 мкм не дозволяє забезпечити ефективну взаємодію елементів з гамма-нейтронним випромінюванням і значно погіршує їх оптичні властивості при товщині більше 2 мм. Використання часток розміром більше 500 мкм не дозволяє створити необхідну щільність сцинтиляційних часток в сцинтиляційній панелі. Зазначена щільність заповнення (50-70 об.% від об'єму оптично прозорого середовища) сцинтиляційного елемента забезпечує найбільш оптимальні умови виведення світлового випромінювання з внутрішніх шарів елементів у світловоди. Зазначена товщина композиційних сцинтиляційних панелей забезпечує оптимальні умови світлозбору в детекторі. Збільшення товщини панелі більше, ніж 3 мм призводить до погіршення оптичної прозорості панелі за рахунок процесів розсіювання та перепоглинання світлового сигналу в дисперсному середовищі і знижує загальну інтенсивність сигналу детектора. Зменшення товщини панелі менше 1 мм не забезпечує ефективну взаємодію нейтронного випромінювання з композиційними панелями. Як оптично прозоре середовище вибрано сцинтиляційний пластик, що має максимум люмінесценції в області фотопоглинання часток халькогенідного сцинтилятора, що дозволило збільшити інтенсивність сигналу детектора на 2-5 %, за рахунок додаткового фотозбудження халькогенідного сцинтилятора. Використання як світловодів високопрозорого воденьвмісного полімерного матеріалу забезпечує не тільки оптимальні умови світлозбору в детекторі, але і дозволяє деякою мірою зменшити енергію нейтронів, що підвищує ефективність їх взаємодії з композиційними сцинтиляційними панелями і, відповідно, сигнал детектора на 4-5 %. Попарне з'єднання через відбивач зазначених сцинтиляційних панелей та їх розташування відносно відбивача з градієнтом гранул сцинтилятора, спрямованим у бік світловода, забезпечує багаторазове відбиття і повернення випромінювання в світловоди від двох панелей 4 UA 109524 C2 5 10 15 20 25 одночасно із збереженням оптичної прозорості до власного світлового випромінювання. Завдяки цьому збільшується інтенсивність сцинтиляційного сигналу детектора, а, отже, і ефективність реєстрації гамма-нейтронного випромінювання. На кресл. наведений фрагмент детектора гамма-нейтронного випромінювання що заявляється. Детектор гамма-нейтронного випромінювання містить композиційні сцинтиляційні панелі 1, попарно з'єднані через відбивач 2. Панелі 1 мають пошарове розташування халькогенідних та оксидних сцинтиляційних часток, звернені меншими частками сцинтиляційного матеріалу до відбивача 2. З боку сцинтиляційних часток більшого розміру розташовані світловоди 3. Панелі зі світловодами оптично пов'язані між собою і встановлені перпендикулярно до фотоприймача 4. Детектор працює таким чином. При опроміненні гамма-нейтронним випромінюванням композиційні сцинтиляційні панелі 1 взаємодіють з падаючим випромінюванням по реакції непружного розсіяння нейтронів (n, n') і по реакції класичного поглинання гамма-випромінювання з речовиною. Завдяки реакції непружного розсіювання нейтронів сцинтиляційним матеріалом детектора виникає вторинний гамма-фон, який ним же і поглинається з випромінюванням фотонів оптичного діапазону. В сцинтиляційних панелях 1 оптичне випромінювання поширюється в усі сторони. Наявність відбивачів 2 забезпечує багатократне віддзеркалення і повернення випромінювання у світловоди 3. А часткове уповільнення нейтронного випромінювання в світловодах 3 додатково збільшує кількість актів взаємодії нейтронів з матеріалом сцинтиляційних панелей. Завдяки цьому збільшується сумарний сигнал оптичного випромінювання, який реєструється фотоприймачем. Таким чином, комбінований детектор гамма-нетронного випромінювання що заявляється є відносно компактним (габаритні розміри знаходяться в межах - розміру основи детектора 50x50 мм, висота 80-200 мм), забезпечує високу ефективність взаємодії з гамма-нейтронним випромінюванням, ефективно поглинає і перевипромінює низькоенергетичне гаммавипромінювання (20-300 кеВ). Його повна ефективність реєстрації гамма-нейтронного випромінювання становить 60-65 %, у той час як в неорганічних сцинтиляторів з високим атомним номером ця величина становить 44-60 % [пат. Україна № 96428, таблиця]. 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 1. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань, зокрема гамма-нейтронного випромінювання, що містить сцинтиляційні елементи, що чергуються зі світловодами з полімерного матеріалу; сцинтиляційні елементи та світловоди встановлені боковими сторонами до фотоприймача, при цьому всі елементи оптично з'єднані між собою та фотоприймачем, який відрізняється тим, що сцинтиляційні елементи являють собою попарно з'єднані з відбивачем посередині двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі товщиною 1-3 мм, що містять пошарово розташовані кристалічні частки в оптично прозорому середовищі, концентрація зазначених часток становить 50-70 об. % від об'єму оптично прозорого середовища, їх розмір вибрано в інтервалі 300-500 мкм, при цьому розмір часток у шарах змінюється таким чином, що частки менших розмірів знаходяться з боку фотовідбивача, а з більшими розмірами - з боку світловоду, товщина світловодів знаходиться в межах 3-5 мм, загальна бічна площа сцинтиляційних елементів, світловодів і відбивачів дорівнює робочій площі фотоприймача. 2. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 1, який відрізняється тим, що двокомпонентні композиційні сцинтиляційні панелі виконані з халькогенідних та оксидних кристалічних часток. 3. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 2, який відрізняється тим, що халькогенідними сцинтиляційними частками є ZnSe(Al) або ZnSe(Te), a оксидними - ZnWO4 або LGSO(Ce). 4. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що співвідношення між халькогенідними і оксидними сцинтиляційними частками в композиційній панелі знаходитися в межах від 4:1 до 1:1. 5. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що оптично прозорим середовищем є сцинтиляційний пластик. 6. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що світловоди виконані з воденьвмісного полімерного матеріалу. 7. Комбінований детектор іонізуючих випромінювань за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що відбивач виконаний з алюмінізованого майлару. 5 UA 109524 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюRyzhykov Volodymyr Diomydovych, Piven Leonid Oleksiiovych, Onischenko Genadii Mykhailovych, Halkin Serhii Mykolaiovych
Автори російськоюРыжиков Владимир Диомидович, Пивень Леонид Алексеевич, Онищенко Геннадий Михайлович, Галкин Сергей Николаевич
МПК / Мітки
МПК: G01T 3/08, G01T 1/20, G01T 1/10, G01T 1/202
Мітки: іонізуючого, детектор, комбінований, зокрема, випромінювання, гамма-нейтронного
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-109524-kombinovanijj-detektor-ionizuyuchogo-viprominyuvannya-zokrema-gamma-nejjtronnogo-viprominyuvannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Комбінований детектор іонізуючого випромінювання, зокрема гамма-нейтронного випромінювання</a>
Попередній патент: Спосіб управління процесом подрібнення руди в барабанному млині
Наступний патент: Сівалка для диференційованої сівби з котушково-штифтовим висівним апаратом
Випадковий патент: Система автоматизованого керування виробництвом м'ясокісткового борошна