МОНИТОР НЕЙТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к системам диагностики процессов лазерного термоядерного синтеза путем регистрация изображения мишени в момент ее сжатия в потоке термоядерных нейтронов.
Известен детектор изображений в потоке нейтронов высоких энергий на основе волоконного сцинтилляционного экрана, содержащий нейтронную камеру-обскуру, формирующую изображение мишени на поверхности позиционно-чувствительного детектора нейтронов (ПЧНД), в котором цифровое изображение регистрируют охлаждаемой ПЗС камерой. «High-sensitivity scintillating-fiber imaging detector for high-energy neutron», D.Ress, R.A.Lerche, R.J.Ellis, G.W.Heaton, D.E.Lerh, Rev. Sci. Instrum. 66 (10), June 1995.
Недостатком детектора является: отсутствие устройства юстировки положения нейтронной камеры-обскуры, большое количество волоконных фоконов для переноса изображения, небольшой размер сцинтилляционного экрана, малая информационная емкость.
Известна система регистрации нейтронных изображений, содержащая нейтронную камеру-обскуру, формирующую изображение мишени на поверхности сцинтилляционного экрана, два ЭОПа соединенные между собой волоконным фоконом и ПЗС-регистратор, элементы сцинтилляционного экрана имеют оболочку увеличивающую светосбор. "High-resolution Penumbral Imaging of 14 MeV Neutron", Yen-Wei Chen and others, IEICE TRANS. ELECTRON, VOL. E78-C, December 1995. OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Volume 32, Number 1, June 2000.
Недостатком системы является большой размер элементов сцинтилляционного экрана, что ухудшает пространственное разрешение системы, малая информационная емкость, отсутствие возможности юстировки положения нейтронной камеры-обскуры после откачки вакуума, использование волоконного фокона.
Известен позиционно-чувствительный детектор быстрых нейтронов, содержащий нейтронную камеру-обскуру, расположенные в светоизолирующем корпусе первое зеркало, сцинтилляционный экран, поворотное зеркало, объектив, регистратор на основе микроканальной пластины, устройство для передачи изображения, ПЗС-регистратор, оптоволоконную линию связи и компьютер. «Позиционно-чувствительный детектор быстрых нейтронов», А.Е.Захаров, Н.Г.Игнатьев, Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы нейтронов и технологии на их основе», 2003. Прототип.
Недостатком прототипа является отсутствие узла юстировки положения нейтронной камеры-обскуры после проведения откачки вакуума из камеры. После проведения откачки вакуума в камере происходит деформирование стенок камеры и нарушается юстировка положения нейтронной камеры-обскуры.
Полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом, обеспечиваемым предлагаемой полезной моделью, является возможность юстировки положения нейтронной камеры-обскуры в камере после откачки вакуума.
Технический результат достигается тем, что в мониторе нейтронного излучения, содержащем нейтронную камеру-обскуру, расположенные в светоизолирующем корпусе первое зеркало, сцинтилляционный экран, поворотное зеркало, объектив, регистратор на основе микроканальной пластины, устройство для передачи изображения, ПЗС-регистратор, оптоволоконную линию связи и компьютер, на торце нейтронной камеры-обскуры расположено полупрозрачное зеркало, к узлу юстировки положения нейтронной камеры-обскуры, на котором она закреплена, через вакуумный ввод подключено устройство управления шаговыми двигателями, на переднем торце светоизолирующего корпуса закреплен оптический рельс, на котором последовательно установлены лазер, система из двух последовательных линз и второе зеркало, расположенное под углом по отношению к плоскости линз, а объектив и регистратор на основе микроканальной пластины (МКП) соединены механически.
Сущность полезной модели поясняется на чертеже.
На чертеже схематично представлена блок-схема монитора нейтронного излучения, где: 1 - вакуумная камера, 2 - мишень, 3 - монитор нейтронного излучения, 4 - нейтронная камера-обскура, 5 - светоизолирующий корпус, 6 - первое зеркало, 7 - сцинтилляционный экран, 8 - поворотное зеркало, 9 - объектив, 10 - регистратор на основе МКП, 11 - ПЗС-регистратор, 12 - оптоволоконная линия связи, 13 - компьютер, 14 - полупрозрачное зеркало, 15 - узел юстировки положения нейтронной камеры-обскуры, 16 - вакуумный ввод, 17 - устройство управления шаговыми двигателями, 18 - лазер, 19 система линз, 20 - второе зеркало, 21 - оптический рельс.
После откачки вакуума из камеры 1 установки устройством управления шаговыми двигателями 17 проводят юстировку положения нейтронной камеры-обскуры 4. Положение нейтронной камеры-обскуры 4 относительно мишени 2 и ПЧНД выставляют по направлению распространения лазерного луча прошедшего и отраженного от полупрозрачного зеркала 14 закрепленного на торце нейтронной камеры-обскуры 4.
2
10
Нейтронное излучение конвертируют сцинтилляционным экраном 7 в световое излучение. Сцинтилляционный экран 7 имеет размеры 300×300 мм и содержит ~90000 волокон, что повышает информационную емкость и позволяет регистрировать изображения мишени 2 при выходах от 10 частиц за импульс и выше.
8
11
Нейтронная камера-обскура 4 формирует изображение мишени 2 на позиционно-чувствительный детектор быстрых нейтронов. Для обеспечения контраста нейтронная камера-обскура 4 имеет толщину около ~2-3 пробегов 14 МэВ нейтронов. Нейтронная камера-обскура 4, изготовленная из тантала, позволяет проводить регистрацию полутеневых нейтронных изображений при относительно малых выходах 10-10 нейтронов за импульс.
-5
Размер мишени 2 в сжатом состоянии составляет порядка 30-60 мкм для чего необходимо проводить высокоточную юстировку положения нейтронной камеры-обскуры 4 относительно мишени 2 и позиционно-чувствительного детектора быстрых нейтронов. Мишень 2 расположена в центре вакуумной камеры 1. При проведении опыта создают вакуум до 10 мм рт.ст. в результате происходит деформация стенок вакуумной камеры 1 и юстировка нейтронной камеры-обскуры 4 сбивается.
В центре вакуумной камеры 1 установки лазерного термоядерного синтеза расположена мишень 2. С монитора нейтронного излучения 3 на мишень направлена нейтронная камера-обскура 4 с полупрозрачным зеркалом 14 и узлом юстировки положения 15 нейтронной камеры-обскуры 4, к которому через вакуумный ввод 16 подключено устройство управления шаговыми двигателями 17. Лазер 18, система из двух линз 19 и второе зеркало 20 закреплены на оптическом рельсе 21. Луч от лазера 18 при помощи системы линз 19 и второго зеркала 20 фокусируют на мишени 2.
Система регистрации состоит из светоизолирующего корпуса 5, зеркал 6 и 8, сцинтилляционного экрана 7 и объектива 9.
Система обработки изображения состоит из регистратора 10 на основе МКП и ПЗС-регистратора 11, которые соединены через устройство переноса изображения (например, адаптер, на чертеже не показано), соединенными по оптоволоконной линии связи 12 с компьютером 13.
Устройство работает следующим образом.
Перед регистрацией изображения мишени 2 по лазерному лучу проводят юстировку положения нейтронной камеры-обскуры 4 относительно мишени 2 и сцинтилляционного экрана 7. Луч от лазера 18 с помощью системы линз 19 и второго зеркала 20 фокусируют на мишень 2. Луч от лазера 18 проходит через центр мишени 2 и через центр сцинтилляционного экрана 7 перпендикулярно его поверхности.
Установку нейтронной камеры-обскуры 4 проводят с помощью устройства юстировки положения камеры-обскуры 15. Дистанционно перемещают нейтронную камеру-обскуру 4 с помощью шаговых двигателей при помощи устройства управления шаговыми двигателями 17. Положение нейтронной камеры-обскуры 4 выставляют по отраженному и прошедшему лазерным лучам от полупрозрачного зеркала 14, закрепленного на торце нейтронной камеры-обскуры 4.
Нейтронная камера-обскура 4 формирует изображение мишени 2 в потоке 14 МэВ нейтронов в момент обжатия на поверхности сцинтилляционного волоконного экрана 7. В результате упругого рассеяния нейтронов в сцинтилляционных волокнах возникают протоны отдачи, энергия которых конвертируют в световое излучение. Световое излучение по волокнам передается на торец сцинтилляционного экрана 7. Поворотное зеркало 8 увеличивает эффективность сбора света в сцинтилляционном экране 7 примерно в 2 раза. Изображение торца сцинтилляционного экрана 7 с помощью поворотного зеркала 8 поворачивают на 90° и с помощью объектива 9 проецируют на фотокатод регистратора 10 на основе МКП (СФЭР). Регистратор СФЭР является одновременно усилителем яркости и кадровым затвором.
С помощью установки времени открытия затвора разделяют фоновое гамма-излучение и нейтронное излучение по времени пролета. Усиленное изображение с экрана регистратора СФЭР регистрируют с помощью ПЗС-регистратора 11.
Управление ПЗС-регистратором 11 и сбор данных осуществляют по оптоволоконной линии связи 12 с помощью компьютера 13.
В качестве узла юстировки положения нейтронной камеры-обскуры 15 может использоваться позиционер с использованием двух шаговых двигателей для перемещения камеры-обскуры.