УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО СИГНАЛА

Полезная модель относится к приборам регистрации ионизирующих излучений, а более конкретно касается сцинтилляционных детекторов.
5
Известен в качестве фотоприемного устройства фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под действием оптического излучения (фототек), усиливается в умножительной системе в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) превышает первоначальный фототек (в 10 раз и выше). Устройство разработано Л.А.Кубецким в 1934.
Распространены ФЭУ, в которых усиление электронного потока осуществляется при помощи системы дискретных динодов-электродов корытообразной, коробчатой или жалюзийной формы. С линейным либо (реже) круговым расположением, с коэффициентом вторичной эмиссии s>1. Для ускорения и фокусировки электронов в катодной камере динодам и аноду сообщают потенциалы относительно фотокатода при помощи высоковольтного источника с напряжением 600-3000 В. В ФЭУ применяют электростатическую и магнитную фокусировку, и фокусировку в скрещенных электрическом и магнитном полях.
Известны ФЭУ с умножительной системой. Система представляет собой непрерывный динод - одноканальный, либо многоканальный динод, выполненный из микроканальной пластины.
При подключении канала к источнику высокого напряжения в нем создают электрическое поле, ускоряющее вторичные электроны, которые многократно соударяются с внутренними стенками канала, вызывая при каждом столкновении вторичную электронную эмиссию с поверхности активного слоя. Фотокатоды ФЭУ выполняют из полупроводников на основе соединений элементов I или III группы периодической системы Менделеева с элементами V группы (Css Sb, GaAs и др.). Полупрозрачные
фотокатоды обычно наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона ФЭУ.
3
2
Для изготовления дискретных динодов используют: CsSb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку; сплавы CuBe, CuAlMg; эпитаксиальные слои GaP на Мо, обработанные O. Каналы непрерывных динодов изготавливают из стекла с высоким содержанием свинца.
Наибольшее применение ФЭУ получили в ядерной физике и в установках для изучения кратковременных процессов.
В 60-х годах разработаны ФЭУ, в которых усиление фототока осуществляют бомбардировкой полупроводникового кристалла. Берковский А.Г., Гаванин В.А., Зайдель И.Н., Вакуумные фотоэлектронные приборы, М., 1976.
Известно устройство, содержащее датчик с органическим кристаллом и фотоумножителем, схему идентификации компонентов излучения по форме импульса и регистратор полной дозы, в котором выход датчика соединен с входами двух каналов измерения отдельных компонентов излучения, причем канал измерения нейтронов содержит последовательно соединенные усилитель-формирователь, схему отбора, аналого-цифровой преобразователь и регистратор, а канал измерения гамма-излучения содержит последовательно соединенные линейный усилитель, схему отбора, аналого-цифровой преобразователь и регистратор, выходы схемы идентификации соединены со схемами отбора, кроме того, в устройство введен пассивный смеситель, входы которого соединены с соответствующими аналого-цифровыми преобразователями, а выход подключен к регистратору полной дозы. Авторское свидетельство СССР №683509, МПК: G01T 1/02, 2000 г.
Фотоэлектронные умножители, сложны и дороги в изготовлении, требуют высоковольтного питания, требуют выбор переходных устройств к использованию конкретного сцинтиллятора, имеют сравнительно короткий срок службы.
Данная полезная модель устраняет недостатки известных устройств.
Техническим результатом полезной модели является переход от ФЭУ к более дешевым устройствам для считывания сцинтилляционного сигнала, возникающего в сцинтилляторе под действием ионизирующего излучения, возможность применения с любым сцинтиллятором, исключение высоковольтного питания, повышение механической прочности и стабильности работы, увеличение срока службы.
Технический результат достигается тем, что устройство для считывания сцинтилляционного сигнала содержит светосборник в виде пластины из прозрачного материала, по крайней мере, одно светопереизлучающее волокно, два фотодиода, электронную плату с двумя усилителями-дискриминаторами и схемой совпадений, с внешних сторон светосборник покрыт светоотражающим материалом, установленным с зазором, а затем светозащитным материалом.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1 и фиг.2
На фиг.1 схематично представлен светосборник в виде пластины (пластина может быть любой формы) из прозрачного материала - 1, светопереизлучающее волокно - 2, фотодиоды - 3.
На фиг.2 представлен вид сверху на светосборник 1, покрытый с внешней стороны отражающим и светонепроницаемым материалами, с платой дискриминаторов и схемой совпадений.
Светосборник 1, снабженный светопереизлучающим волокном - 2, обеспечивает эффективный сбор света, переизлучение и транспортировку к фотодиодам 3.
Дискриминаторы и схема совпадений (на фигурах не обозначены) обеспечивают подавление собственных электронных шумов фотодиода 3 и фоновых излучений.
Длина и ширина пластины светосборника 1 определены размером поверхности, через которую свет сцинтилляционной вспышки выходит из сцинтилляционного детектора. Толщина светосборника 1 определена
поперечным размером светопереизлучающего волокна 2 и выбрана минимально возможной с учетом сохранения механической прочности.
Материал пластины светосборника 1 прозрачен для света, выходящего из сцинтилляционного детектора и обладает коэффициентом преломления близким к коэффициенту преломления выходного окна сцинтилляционного детектора. При этом уменьшаются потери света из-за полного внутреннего отражения света на границе раздела выходного окна детектора и светосборника 1. Материал пластины светосборника 1 может сцинтиллировать. При этом спектр поглощения материала должен быть согласован со спектром эмиссии сцинтилляционного детектора, а спектр эмиссии пластины должен быть согласован со спектром поглощения светопереизлучающего волокна.
Для уменьшения потерь света устройство считывания сцинтилляционного сигнала соединено с детектором с помощью оптического контакта - иммерсионной среды с близким (или промежуточным для материалов выходного окна и светосборника) коэффициентом преломления. С внешней стороны светосборник 1 покрыт сначала светоотражающим, а затем светозащитным материалами.
Между светоотражающим материалом и светосборником 1 существует воздушный зазор, который также уменьшает потери света в светосборнике 1. Фотоны сцинтилляционной вспышки распространяются по сцинтиллятору и светосборнику 1, отражаются от их стенок и попадают в светопереизлучающие волокна 2, где с высокой вероятностью переизлучаются. Возникшие в светопереизлучающих волокнах 2 фотоны распространяются по светопереизлучающим волокнам 2 к их торцам и попадают на фотодиоды 3. Фотоны, попавшие в фотодиод 3, вызывают электрический сигнал.
Дискриминаторы и схема совпадений обеспечивают подавление собственных электронных шумов фотодиодов 3 и фоновых излучений.