ПРИЗМАТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОМЕТР

Полезная модель относится к регистрации рентгеновского и гамма излучений, к определению их энергетического спектра, к медицинской рентгеновской томографии, к неразрушающему контролю материалов и изделий радиографическим и томографическим методами, к обнаружению источников ионизирующих излучений, к контролю содержимого багажа на контрольно-пропускных пунктах.
Известен спектрометр двойного рассеяния, содержащий два сцинтиблока, расположенных на расстоянии друг под другом в параллельных плоскостях, выход каждого сцинтиблока соединен с входами блока электронных схем, информационные выходы которого соединены с входом регистрирующего устройства, отличающийся тем, что каждый сцинтиблок состоит из одного сцинтиллятора и набора из не менее семи фотоприемников, находящихся в оптическом контакте с нижней плоскостью сцинтиллятора и расположенных так, что они покрывают всю поверхность нижней плоскости сцинтиллятора. Патент Российской Федерации №2071089, МПК: G01T 3/06, G01T 1/20, 1996 г.
Недостатком данного устройства является неточность измерения спектров ионизирующих излучений, вызванная температурной нестабильностью элементов устройства.
Известен сцинтилляционный спектрометр, регистрирующий ядерные излучения, содержащий два канала регистрации ядерных излучений, при этом гамма-канал состоит из сцинтилляционного кристалла, сопряженного с фотоэлектронным умножителем, выход которого через усилитель гамма-канала и аналого-цифровой преобразователь связан с микропроцессорной системой, в состав гамма-канала дополнительно введена система стабилизации, включающая светодиод, сопряженный с фотоэлектронным умножителем и соединенный с импульсным генератором тока, вход которого связан с выходом микропроцессорной системы, управляемый микропроцессорной системой каскад усиления, расположенный между
усилителем гамма-канала и его аналого-цифровым преобразователем, и цифровой датчик температуры, выход которого связан с микропроцессорной системой, а нейтронный канал состоит из детектора нейтронов, связанного через усилитель второго канала и дискриминаторы с микропроцессорной системой, имеющей выходы на дисплей и ЭВМ. Патент Российской Федерации №2158938, МПК: G01T 1/40, 2000 г. Прототип.
Недостатком прототипа является сложное конструктивное исполнение. Недостатками являются также низкая чувствительность обнаружения источников ионизирующих излучений из-за наличия собственных шумов фотоприемных устройств, невозможность учета вклада рассеянного в детекторе излучения, необходимость использования только прозрачных сцинтилляторов, отличающихся в необходимой степени спектром оптического излучения.
Полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности регистрации, понижение порога обнаружения источника излучений, расширение спектрометрических возможностей за счет применения набора пластин и последующей математической обработки количества, поступивший с них сигналов, снятие требования об использовании сцинтилляционных материалов, отличающихся спектром оптического излучения, упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в призматическом спектрометре, содержащем детекторы, приемники оптического излучения и схему обработки сигналов, имеющей выходы на дисплей и компьютер, детекторный элемент содержит слой сцинтиллятора, элемент, отражающий свет в виде призмы и фотоприемное устройство, фотоприемное устройство расположено на боковой поверхности детекторного элемента, светочувствительная поверхность фотоприемного устройства и поверхность слоя сцинтиллятора расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а схема обработки сигналов выполнена двухканальной, содержит
амплитудные дискриминаторы, схему совпадений, внешний контроллер, компьютер с носителем программы для восстановления энергетического спектра излучения.
Существо изобретения поясняется на фиг.1, 2 и 3.
На Фиг.1 представлен детекторный призматический элемент, где: 1 - слой дисперсного или порошкового сцинтиллятора, 2 - треугольные призмы, 3 - фотоприемное устройство, 4 - элемент, отражающий свет, нанесенный на грань призмы, 5 - сцинтилляционная вспышка, 6 - клеевой слой с функцией оптического контакта.
На Фиг.2 представлен вид детектора сверху, где: 1 - слои дисперсного или порошкового сцинтиллятора, 2 - треугольные призмы, 3 - фотоприемные устройства, 4 - элемент, отражающий свет, нанесенный на грань призмы, Х - направление излучения, 7 - основание для крепления фотоприемных устройств.
Треугольные призмы 2 и элемент, отражающий свет 4 выполнены из наименее ослабляющего регистрируемое излучение материалов.
Например, для изготовления призм 2 использован прозрачный полимерный материал, в частности, полиметилметакрилат, а элемент, отражающий свет 4 изготовлен на основе слоев диэлектрика.
Вся конструкция помещена в светозащищенный корпус.
На фиг.3 представлена двухканальная схема обработки сигналов, где:
1
1
1 - слой дисперсного или порошкового сцинтиллятора; 2 - призматические сборки; 3, 3 - фотоприемные устройства, 8 и 8 - аналоговые усилители; 9 и 9 дискриминаторы с регулируемыми порогами дискриминации; 10 - схема совпадений.
Устройство работает следующим образом.
Излучение в виде рентгеновского или гамма кванта направляют на торец сцинтилляционного детектора (Фиг.1).
При возбуждении квантом сцинтилляционной вспышки в одном из слоев сцинтиллятора дисперсного или порошкового сцинтиллятора 1 свет от
сцинтилляционной вспышки 5 выходит в основном через поверхности слоя сцинтиллятора 1 в светоотражающие призмы 2.
1
В светоотражающих призмах 2 свет направляется элементом, отражающим свет элемент 4 через клеевой слой (оптический контакт) 6 на фотоприемные устройства 3 и 3, в которых под его действием возникает электрический сигнал.
1
1
1
Сигналы с фотоприемников 3 и 3 (кремниевых фотоумножителей) поступает на аналоговые усилители 8 и 8, после которых аналоговый сигнал поступает на дискриминаторы 9 и 9 с регулируемыми порогами дискриминации (Фиг.3).
1
Логические сигналы с дискриминаторов 9 и 9 идут на схему совпадений 10. В случае если на обоих входах схемы совпадений 8 появляются сигналы, схема совпадений 10 вырабатывает сигнал запроса, который хранится в выходном регистре схемы.
1
Внешний контроллер (на фигурах не показан) опрашивает выходные регистры схемы совпадений 10 и в случае наличия в них сигнала (запроса) осуществляет считывание сигналов для их передачи в компьютер и дальнейшего анализа. Все логические схемы выполнены в стандарте ЭСЛ. В качестве дискриминаторов 9 и 9 использованы микросхеме AD 96687BP, а в качестве схемы совпадений 10 использована микросхема HEL (MC10LD1).
Количество сигналов запроса с каждого слоя по окончании регистрации анализируют и с помощью компьютерной программы производят восстановление спектра излучения.
Для восстановления спектра излучения источника решается система интегральных уравнений:
i
где Q - количество запросов с i-го слоя (пластины) многослойного детектора;
i
n - число слоев; S(E) - чувствительность i-ой слоя к потоку квантов с энергией Е;
φ (Е) - искомая энергетическая зависимость падающего на детектор потока квантов.
Система уравнений решается с использованием итерационного метода минимизации направленного расхождения. Тараско М.З. Метод минимума направленного расхождения в задачах поиска распределений. Препринт ФЭИ №1446. Обнинск, 1983.