БЛОК ДЕТЕКТОРОВ

Полезная модель относится к области детектирования ионизирующих излучений, в частности в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), а также в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ).
Известен сцинтилляционный детектор гамма - и нейтронного излучения [1], содержащий блок датчиков, включающий сцинтилляционный кристалл, например Lu2SiO5-Ce или стильбен, сместитель спектра (в виде тонкой сцинтиллирующей пленки или кристалла) и кремниевый PIN-фотодиод в качестве сенсорного элемента датчика, а также блок электронной обработки сигналов. Однако такой детектор не предназначен для одновременной эффективной регистрации нейтронного и гамма-излучения. Если в качестве сцинтилляционного в блоке датчика используют кристалл Lu2SiO5-Ce, то последний будет регистрировать только гамма-кванты и не будет регистрировать нейтроны. Если в датчике в качестве сцинтилляционного используют кристалл стильбена, то последний будет регистрировать в основном нейтроны. Однако такой детектор не является всеволновым детектором нейтронов, поскольку он не пригоден для регистрации медленных и тепловых нейтронов, он способен регистрировать только быстрые нейтроны по протонам отдачи.
Известен детектор быстрых нейтронов и гамма-излучения [2], содержащий блок датчиков и блок электронной обработки сигналов. Блок датчиков детектора выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла Bi4Ge3O12 (регистрирующего гамма-излучение) и световода, выполненного из стильбена или пластмассы (CH)n, чувствительного к быстрым нейтронам, и фотоэлектронного умножителя в качестве сенсорного элемента. Однако известный детектор не является всеволновым детектором нейтронов, поскольку он чувствителен только к быстрым нейтронам, он не пригоден для регистрации тепловых и медленных нейтронов. Из-за плохого энергетического разрешения кристаллов Bi4Ge3O12 (15-20%) детектор не пригоден для надежной спектрометрии мягкого гамма-излучения. Кроме того, из-за использования фотоэлектронного умножителя в качестве фотоприемника датчик детектора имеет большие габариты, то есть не является компактным.
Известен блок детектирования монитора по патенту [3] (см. также http://aspectserv.narod.ru/orm.htm, серия «Янтарь»), содержащий сцинтиллятор, фотоэлектронный умножитель, устройство для регистрации сигнала и блок обработки и индикации, установленные в корпусе. Недостатками известного устройства являются большие габариты (583×2073×300 мм) и вес (около 180 кг) блоков детектирования, низкое энергетическое разрешение измерительного канала, затрудняющее идентификацию обнаруженных радиоактивных материалов.
Наиболее близким аналогом к предложенному техническому решению является блок детектирования по патенту [4], выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит корпус, сцинтилляционный кристалл, фотоэлектронный умножитель оптически связанный с торцевой поверхностью кристалла, электронный модуль приема и обработки информации, вход которого соединен с ФЭУ, а выход с разъемом для подключения кабелей связи с внешними устройствами. Недостатками данного технического решения являются сложное в изготовлении крепление кристалла и фотоприемника в корпусе, большие габариты и вес фотоприемник.
Необходимость получения изображений высокого качества, особенно в медицине, предъявляет высокие требования к сцинтилляторам, а также к сопутствующим детекторам и электронике. Задачей настоящего изобретения является снижение массогабаритных характеристик, упрощение конструкции и технологии изготовления, повышение уровня (степени) чувствительности сцинтилляций, обеспечивающее повышение чувствительности сцинтилляционного детектора, повышение эффективности регистрации фотонов, обеспечение передачи качественного сигнала на расстояния 20 м и более и возможности работы при питании низким напряжением.
Техническим результатом от применения заявленной полезной модели является существенное снижение веса и объема сцинтилляционного детектора, что приводит к снижению общих массогабаритных характеристик блока детектирования, уменьшение потерь фотосбора, повышение чувствительности блока детектирования, невосприимчивость к магнитным полям, передача качественного сигнала на расстоянии до 20 м, работа при напряжении питания 5 мВ
2
Указанный технический результат достигается тем, что в пластиковый корпус детектора, установлены малогабаритные, оптически связанные между собой, сцинтилляционный кристалл цилиндрической формы (диаметр сечения 3 мм) из оптоволокна на основе полистирола, обернутого пленкой из полиметилметакрилата и высокочувствительный кремниевый фотоэлектронный умножитель площадью 3×3 мм и размером микроячейки 35 мкм. Плоскость основания цилиндрического сцинтиллятора соосно прилегает к плоскости фотоэлектронного умножителя. Все пустоты корпуса заполнены эпоксидным клеем для защиты от ударов, вибрации и фиксации совпадения осей симметрии детектора и цилиндрического сцинтиллятора. Блок обработки сигнала представляет собой малогабаритный корпус с 4-мя разъемами типа BNC, внутри которого расположена плата питания ФЭУ и преобразования сигнала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
- На фиг.1 изображена общая схема устройства
Устройство состоит из блока преобразования сигнала 2 и четырех сцинтилляционных детекторов 1. Детекторы соединяются с блоком управления сигналом посредством высокочастотного экранированного кабеля с помощью разъемов типа BNC.
Устройство работает следующим образом.
При попадании ионизирующих частиц на сцинтиллятор, они вызывают вспышку люминесценции фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего световую вспышку в импульс электрического тока, и электронной системы, регистрирующей эти электрические импульсы. В случае гамма-излучения сцинтилляционный детектор регистрирует не сами фотоны, а возникающие при их взаимодействии с атомами сцинтиллятора ионизующие частицы. Зарегистрированный сигнал усиливается на плате преобразования сигнала.
Литература
1. Детектор для регистрации ионизирующих излучений [Патент]: 2088952: G01T 1/20, G01T 3/06 / изобр. Б.В. Шульгин [и др.]. - РФ, 27 август 1997 г..
2. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР [Патент]: 2142147: G01T 1/20 / изобр. Б.В. Шульгин [и др.]. - Россия, 24 09 1997 г..
3. СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ ПОРТАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА И ВСТРОЕННЫЙ В НЕГО ОПТИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД [Патент]: 2356067: G01T 1/202 / изобр. КЛАРК Лукас Лемар (US) ПАЛМЕР Брайан Маршалл (US), НОХАННИНГ Джеффри Луис (US), ДЖОНС Кит Дэвид (US), УИЛЛЬЯМС Джеймс Р. (US), ИТАЛХОУБ Эндрю Эмануель (US). - Россия, 18 февраль 2005 г..
4. УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОРТАТИВНЫЙ РАДИОМЕТР-СПЕКТРОМЕТР [Патент]: 2158938: G01T 1/40 / изобр. Е.М. Лизунов [и др.]. - Россия, 10 ноябрь 2000 г.