10.03.2016
216.014.ca2e

СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДЕТЕКТОР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002577088
Дата охранного документа
10.03.2016
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения. Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор представляет собой рабочий объем с зеркально или диффузно отражающими стенками, внутри которого плотно к стенкам размещен полистирольный сцинтиллятор в виде пластины с канавками на фронтальной поверхности или отверстиями в пластине, через которые проходят спектросмещающие волокна, один или оба торца которых пристыкованы к фоточувствительным поверхностям фотоприемников, расположенных внутри или вне рабочего объема, при этом сцинтиллятор и спектросмещающие волокна, размещенные в рабочем объеме детектора, содержат соответственно сцинтилляционные и спектросмещающие добавки, высвечивающие в области длин волн более 550 нм. Технический результат - упрощение технологии изготовления сцинтилляционных детекторов при одновременном улучшении их характеристик. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам на основе пластмассовых сцинтилляторов, в которых для вывода излучения применяются спектросмещающие волокна, и может быть использовано при создании экономичных крупногабаритных детекторов частиц для исследований по физике высоких энергий, ядерной физике, радиационной медицине и в различных технических приложениях.

Известны конструкции сцинтилляционных детекторов на основе пластмассовых сцинтилляторов с выводом излучения с помощью спектросмещающих волокон, например R. Wojcik et al. Nucl. Instr. and Meth. A 342 (1994) 416-435. Такие детекторы обычно представляют собой сцинтилляционные пластины различной формы с канавками для размещения спектросмещающих (WLS) волокон. Для увеличения оптического сигнала в волокнах последние обычно вклеиваются в канавки оптическими клеями.

Основными недостатками таких детекторов являются следующие:

1. Низкая радиационная стойкость таких детекторов, связанная с тем, что обычно используемые пластмассовые сцинтилляторы на основе полистирола или поливинилтолуола и спектросмещающие волокна на основе полистирола имеют спектры излучения соответственно с максимумами в интервалах 420-430 нм и 480-500 нм, в области которых наблюдается сильная зависимость длины затухания сцинтилляционного света от дозы радиационного излучения (Бреховских В.В., Гладышев В.А., Васильченко В.Г. и др. // ПТЭ. 1992. №2. С.95.).

2. Обычная практика использования для регистрации переизлученного WLS волокнами сцинтилляционного излучения фотоумножителями (ФЭУ) в случаях работы детекторов в сильных, в диапазоне единиц тесла, магнитных полях требует использования вместе с WLS волокнами еще и транспортных оптических волокон для вывода света из области магнитного поля, что усложняет конструкцию детекторов и уменьшает сигналы ФЭУ из-за поглощения света в волокнах.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение, использованное компанией КУРАРЕЙ, Япония. Увеличение радиационной стойкости сцинтилляторов (сцинтилляционных волокон) было достигнуто благодаря смещению максимума спектра излучения сцинтилляторов в более длинноволновую область спектра (Kuraray official site, 2013. Plastic scintillating Fibers). Смещение максимумов спектров излучения сцинтилляционных волокон за счет использования соответствующих сцинтилляционных добавок от 437 нм к 530 нм позволило существенно увеличить их радиационную стойкость.

Техническим результатом заявляемого изобретения является существенное упрощение технологии изготовления сцинтилляционных детекторов при одновременном улучшении их характеристик.

Сцинтилляционный радиационно-стойкий детектор предназначен для работы в интенсивных радиационных и магнитных полях. Детектор состоит из сцинтилляционной пластины с канавками для размещения WLS волокон, один или оба торца которых пристыкованы к рабочей фоточувствительной поверхности кремниевых ФЭУ. В качестве сцинтиллятора может быть использован также требуемой формы объем, заполненный сцинтилляционными гранулами, через который проходят WLS волокна. Важным моментом является то обстоятельства, что кремниевые ФЭУ совершенно нечувствительны к магнитным полям, что позволяет отказаться от транспортных оптических волокон для вывода фотоприемников из области магнитных полей и, таким образом, упростить конструкцию детектора.

В качестве иллюстрации конструкции детектора на Фиг.1 показаны две проекции части детектора на основе сцинтилляционной пластины с одним рядом спектросмещающих волокон. На фронтальной поверхности сцинтилляционной пластины (4), помещенной в форму со стенками (1), покрытыми отражающим слоем (2), имеются канавки (3) для размещения спектросмещающих волокон (5). Спектросмещающие волокна проходят через канавки (3) и один торец каждого волокна пристыковывается к фоточувствительной поверхности кремниевых ФЭУ (7). Противоположные торцы волокон покрыты зеркально отражающим слоем (6). Расстояние между волокнами и толщина пластины в несколько раз меньше длины затухания сцинтилляционного излучения в пластине (4) в отсутствии канавок на сцинтилляторе.

Заявляемый детектор работает следующим образом: заряженная частица, проходя через толщину сцинтилляционной пластины, возбуждает сцинтилляционное излучение, которое распространяется по рабочему объему пластины и поглощается спектросмещающими волокнами. Поглощенное излучение переизлучается волокнами в более длинноволновом диапазоне и транспортируется ими к кремниевым фотоумножителям, вызывая сигнал на их выходах. Увеличение радиационной стойкости детектора достигается за счет смещения спектров излучения сцинтиллятора и WLS волокон в длинноволновую область, а абсолютная магнитостойкость - за счет нечувствительности кремниевых фотоумножителей к магнитным полям.

На фиг.2 и фиг.3 соответственно представлены зависимости выхода света из полистирольных сцинтилляторов различного типа от полученной дозы ионизирующего излучения (γ-кванты от радиоактивных источников 137Cs) и спектры оптического поглощения до и после облучения (Бреховских В.В., Гладышев В.А., Васильченко В.Г. и др. // ПТЭ. 1992. №2. С.95).

На фиг.2 представлены зависимости выхода света I от полученной дозы для различных полистирольных сцинтилляторов:

1, 1′ - соответственно наилучшего и наихудшего образцов литьевых сцинтилляторов,

2, 2′ - соответственно наилучшего и наихудшего образцов блочного полистирольного сцинтиллятора,

3 - блочный полистирольный сцинтиллятор с 3% PPO.

Сравнение зависимостей, приведенных на фиг.2а и фиг.2б, показывает, что спектры пропускания и световыходы сцинтилляторов, изготовленных методом литья под давлением (полистирольные гранулы ПСМ-115) гораздо менее подвержены влиянию облучению, чем сцинтилляторы, изготовленные методом блочной полимеризации. Причины этого, к сожалению, точно не известны, но могут быть связаны с существенно большим содержанием остаточного мономера в блочных сцинтилляторах.

На фиг.3 представлены прозрачности сцинтилляционных пластин до и после облучения:

а - блочный полистирольный сцинтиллятор (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 7 дней восстановления, 4 - после 40 дней восстановления) и спектр люминесценции POPOP (5);

б - литьевой сцинтиллятор (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 20 дней восстановления) и спектр люминесценции POPOP (4);

в - чистого литьевого полистирола (1 - до облучения, 2 - после 107 рад, 3 - после 20 дней восстановления) и блочного полистирола (4 - до облучения, 5 - после 107 рад, 6 - после 20 дней восстановления).

Из зависимостей, приведенных на фиг.3, следует, что независимо от типа полистирольного сцинтиллятора смещение максимума спектра излучения в область более 550 нм увеличивает прозрачность (длину затухания излучения) облученного образца более чем на порядок величины при полученной дозе гамма излучения в 10 Мрад. Измерения, результаты которых приведены на фиг.2 и фиг.3, были проведены при длине образцов в 10 см, и, если для спектральной области 420-500 нм из приведенных данных следует, что радиационная стойкость литьевых сцинтилляторов не превышает 1,5 Мрад, то для спектральной области свыше 550 нм стойкость существенно превышает 10 Мрад, так как из приведенных зависимостей следует, что прозрачность литьевых сцинтилляторов практически не меняется. WLS волокна также производятся из полистирола, что значительно увеличивает радиационную стойкость волокон в указанной длинноволновой области спектра.


СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДЕТЕКТОР
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДЕТЕКТОР
СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДЕТЕКТОР
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-6 из 6.
10.04.2014
№216.012.b33d

Сцинтилляционный детектор

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам на основе пластмассовых или кристаллических сцинтилляторов, в которых для вывода излучения применяются спектросмещающие волокна. Сцинтилляционный детектор содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511601
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2015
№216.013.48cb

Способ отклонения пучков заряженных частиц плоской кремниевой пластиной

Изобретение относится к области ускорительной техники. Способ отклонения пучков заряженных частиц плоской кремниевой пластиной основан на использовании явления объемного отражения. Изгиб последовательных полосок кремния на поверхности пластины достигается за счет внутренних напряжений в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550142
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.06.2016
№217.015.0306

Фотоумножитель

Изобретение относится к области электронной техники. Фотоумножитель состоит из стеклянного прозрачного корпуса, сформованного методом вакуумной калибровки из стеклянной трубки диаметром в несколько см. Две грани корпуса (1) и противоположная ей - плоские, остальные две (2, 3) имеют исходный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587469
Дата охранного документа: 20.06.2016
12.01.2017
№217.015.591f

Фотоумножитель с большой площадью фотокатода

Фотоумножитель может быть использован для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, в других различных технических приложениях, в том числе и для наблюдения крайне слабых световых сигналов. Конструкция фотоумножителя состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588047
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.79f7

Тонкий сцинтилляционный счётчик

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Тонкий сцинтилляционный счетчик для обнаружения бета загрязнений содержит протяженную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599286
Дата охранного документа: 10.10.2016
25.08.2017
№217.015.a4a2

Способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин. Заявлен способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607518
Дата охранного документа: 10.01.2017
Показаны записи 1-7 из 7.
10.04.2014
№216.012.b33d

Сцинтилляционный детектор

Изобретение относится к области детектирования частиц ионизирующего излучения, в частности к сцинтилляционным детекторам на основе пластмассовых или кристаллических сцинтилляторов, в которых для вывода излучения применяются спектросмещающие волокна. Сцинтилляционный детектор содержит рабочий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511601
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2015
№216.013.48cb

Способ отклонения пучков заряженных частиц плоской кремниевой пластиной

Изобретение относится к области ускорительной техники. Способ отклонения пучков заряженных частиц плоской кремниевой пластиной основан на использовании явления объемного отражения. Изгиб последовательных полосок кремния на поверхности пластины достигается за счет внутренних напряжений в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550142
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.06.2016
№217.015.0306

Фотоумножитель

Изобретение относится к области электронной техники. Фотоумножитель состоит из стеклянного прозрачного корпуса, сформованного методом вакуумной калибровки из стеклянной трубки диаметром в несколько см. Две грани корпуса (1) и противоположная ей - плоские, остальные две (2, 3) имеют исходный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587469
Дата охранного документа: 20.06.2016
12.01.2017
№217.015.591f

Фотоумножитель с большой площадью фотокатода

Фотоумножитель может быть использован для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, в других различных технических приложениях, в том числе и для наблюдения крайне слабых световых сигналов. Конструкция фотоумножителя состоит из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002588047
Дата охранного документа: 27.06.2016
13.01.2017
№217.015.79f7

Тонкий сцинтилляционный счётчик

Изобретение относится к области детектирования слабых радиационных сигналов с помощью сцинтилляционных счетчиков и может быть преимущественно использовано в детекторах обнаружения бета-загрязнений. Тонкий сцинтилляционный счетчик для обнаружения бета загрязнений содержит протяженную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599286
Дата охранного документа: 10.10.2016
25.08.2017
№217.015.a4a2

Способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул

Изобретение относится к области регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для изготовления недорогих сцинтилляционных детекторов в самом широком диапазоне габаритных размеров и толщин. Заявлен способ изготовления пластмассовых сцинтилляторов на основе полистирольных гранул,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002607518
Дата охранного документа: 10.01.2017
09.06.2019
№219.017.7bf6

Вторично-эмиссионный умножитель электронов

Изобретение относится к регистрации фотонов, электронов и ионов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, радиационной медицине и в различных технических приложениях, а также для использования в качестве умножительных систем малогабаритных фотоумножителей. Вторично-эмиссионный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002368979
Дата охранного документа: 27.09.2009

Похожие РИД в системе