ЭКРАН-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
SCREEN-CONVERTER

Изобретение относится к радиографии, а именно к получению изображений с помощью нейтронного, рентгеновского и гамма-излучений, к детектированию ядерных излучений, к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами, и может быть использовано для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, в неразрушающем контроле в атомной энергетике, машиностроении, строительстве и других отраслях радиографическими и томографическими методами.
Известен экран-преобразователь, выполненный в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды с расходящимися каналами транспортировки излучения, стенки которых имеют форму боковой поверхности усеченных конуса, или пирамиды, или цилиндра, или призмы, каналы транспортировки излучения выполнены в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, составленных из отрезков волокон, соединенных последовательно или параллельно, и сцинтиллирующих в различных участках оптического спектра, каналы скомпонованы в пакет в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды (Патент Российской Федерации № 2290667 МПК: G01T 3/06, 2005 г).
Недостатками устройства являются сравнительно большие габариты каналов транспортировки, выполненных в виде волоконно-оптических сцинтилляторов, попадание света от сцинтилляционной вспышки, возникшей в одном из элементов в соседние элементы.
2
2
2
5
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
3
2
3
2
3
2
2
2
5
3
2
3
2
3
2
2
2
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
Известны микроканальные пластины, в частности пластина, выполненная из стеклянных волокон, содержащих активную оболочку, выполненную из стекла, по крайней мере, один оксид из группы TiO, ZrO, NbO, WO, ZnO, по крайней мере, один оксид из группы AlO, BO, KO, RbO, CsO, по крайней мере, один оксид из группы MgO, CaO, BaO, SrO, при следующем содержании компонентов, мол.%: SiO 49-70, PbO 10-27, BiO 0,1-2, SbO 0,05-0,6, AsO 0,1-0,6, TiO 1-8, ZrO 0,5-5, NbO, WO 0,5-3, ZnO 1-11, MgO, CaO, SrO, BaO 1-13, AlO 0,5-8, BO 0,5-4, KO 1-11, RbO 0,4-3,0, CsO 0,4-2, и растворимую сердцевину, выполненную из стекла, включающего SiO, BO, по крайней мере, один оксид из группы BaO, SrO, CaO, MgO, ZnO, по крайней мере, один оксид из группы AlO, LaO, по крайней мере, один оксид из группы AsO, SbO при следующем содержании компонентов, мол.%: SiO 6-51, BO 15-74, BaO 0,5-32, SrO 1-22, CaO 1-16, MgO 1-12, ZnO 0,5-16, AlO 0,5-7, LaO 0,5-7, AsO, SbO 0,1-0,6 (Патент Российской Федерации № 2291124, МПК: C03C 3/102, C03C C03C 3/089 C03B 37/025, 2007 г.).
Микроканальная пластина-элемент оптических и электромеханических устройств различного функционального назначения, представляет собой регулярную систему микроканалов с наклонными стенками, длина которых достигает сотен микрометров, а поперечные размеры лежат в диапазоне единиц и десятков микрометров. L и d - длина и диаметр канала. Отношение длины канала к его диаметру у стандартных МКП около 40-80, отношение площади каналов к полной площади составляет 0,6-0,9.
Известен экран-преобразователь детектора нейтронов, заполненный люминесцентной газовой средой в виде идентичных цилиндрических трубок с нанесенными на боковую поверхность трубок слоев делящегося материала толщиной не более одной длины пробега собственных осколков деления ядер длиной не менее 30 мм с диаметром менее 0,5 мм, установленных в матричном порядке (Патент Российской Федерации № 2329523, МПК: G01T 3/06, 2008 г. Прототип).
Недостатками прототипа являются большие габариты, сложность изготовления и эксплуатации, использование делящегося материала, сравнительно низкое пространственное разрешение, возможность регистрации лишь быстрых нейтронов.
Изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения регистрации различных видов проникающего излучения: тепловых и быстрых нейтронов, рентгеновских и гамма-лучей.
Технический результат достигается тем, что экран-преобразователь ионизирующего излучения, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, выполнен в виде микроканальной пластины, содержащей каналы с непрозрачными для света стенками, заполненными люминофором, оси каналов перпендикулярны поверхности микроканальной пластины.
Одна из поверхностей микроканальной пластины покрыта светоотражающим материалом.
2
2
Каналы заполнены порошковым люминофором состава GdOS:Tb(Eu). Каналы заполнены порошковым люминофором состава ZnS:Ag.
Каналы заполнены жидким сцинтиллятором. Каналы заполнены полимерным сцинтиллятором.
Экран-преобразователь ионизирующего выполнен в виде набора одинаковых микроканальных пластин, причем оси каналов во всех микроканальных пластинах совмещены.
Порошковый люминофор наносят на матричную подложку, содержащую каналы с непрозрачными для света стенками, и затем втирают в нее кисточкой. Зерна достаточно малого по сравнению с каналом размером проникают в канал, другие ссыпают в сторону. Повторяя такую процедуру несколько раз, обеспечивают толщину слоя люминофора в каналах подложки практически на всю толщину подложки. В случае микроканальных пластин диаметр канала составляет несколько микрон, а толщина пластины - несколько сотен микрон.
Для заполнения каналов жидким или полимерным сцинтиллятором использована технология, основанная на создании перепада давления на противоположных поверхностях микроканальной пластины.
В зависимости от типа порошкового сцинтиллятора экран-преобразователь может быть использован для регистрации тепловых нейтронов, рентгеновского и гамма-излучения.
2
2
Состав GdOS:Tb(Eu) используют для регистрации всех трех видов излучений. Состав ZnS:Ag используют для регистрации рентгеновского излучения и гамма-излучения.
Жидкий или полимерный сцинтиллятор используют для регистрации быстрых нейтронов.
Сущность  изобретения поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрез микроканальной пластины, где 1 - покрытие из светоотражающего материала, 2 - люминофор, 3 - стенка канала.
Устройство работает следующим образом.
Излучение в виде нейтрона, рентгеновского или гамма-кванта направляют на микроканальные пластины со стороны покрытия 1 из светоотражающего материала. Излучение вызывает в люминофоре (сцинтилляторе) 2 сцинтилляционную вспышку в видимой части оптического спектра. Свет от вспышки выходит в сторону источника излучения, а также распространяется в направлении оси канала. Для усиления яркости на одну из поверхностей микроканальной пластины, обращенную к источнику излучения, наносят отражающее покрытие 1. Попав на отражающее покрытие 1 со стороны источника, свет частично отражается и усиливает ту часть света, которая выходит в сторону, противоположную источнику излучения.
Возникшее на этой стороне изображение переносят на позиционно-чувствительный фотоприемник оптического излучения с помощью оптического объектива или путем приведения в непосредственный контакт экрана-преобразователя и фотоприемника.
При использовании в качестве фотоприемника ПЗС-матрицы с входным окном в виде оптоволоконной шайбы пространственное разрешение определяется размером канала микроканальных пластин и диаметром волокна шайбы, которое обычно составляет менее 10 мкм.
Эффективность экрана-преобразователя определяется относительной площадью каналов, а также толщиной люминофора.
В отличие от обычных экранов в виде сплошного слоя, где пространственное разрешение падает с увеличением толщины экрана, при использовании микроканальных пластин пространственное разрешение экрана-преобразователя обеспечено двумя факторами: размером канала, а также отсутствием взаимопроникновения света в смежных каналах из-за непрозрачности их стенок 3.
Для увеличения эффективности экрана-преобразователя он составлен из набора микроканальных пластин, совмещенных так, чтобы оси каналов во всех микроканальных пластинах совпадали. В этом случае покрытие 1 из светоотражающего материала наносят лишь на первую из пластин. Общая толщина сборки определяется прозрачностью люминофора к собственному излучению и может достигать толщины от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.