ГОДОСКОП

Полезная модель относится к области анализа материалов путем определения их физических свойств, конкретно к исследованию или анализу предметов радиационными методами для обнаружения радиоактивных материалов и источников.
Известен твердотельный детектор, содержащий волоконный модуль, собранный из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических элементов, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и электронно-оптическую систему регистрации оптического излучения, выходящих из этих элементов.
Патент США №4942302, МПК: G 01 Т 1/02, опублик. 1991 г.
Устройству характерны большие оптические потери при передаче излучения на большие расстояния. Реализация устройства сложна из-за соединения элементов (волокон) с помощью переходного жгута.
Устройство не позволяет определять местоположение источника радиоактивного излучения и его тип.
Известен оптический преобразователь для обнаружения проникающего излучения в виде потока нейтронов, выполненный в виде блока из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических элементов, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Работа блока основана на рождении протонов отдачи в материале элемента, преобразовании энергии протонов отдачи в световое излучение и регистрации излучения позиционно-чувствительным фотоприемником.
Патент Российской Федерации №2119178, МПК: G 01 Т 3/06, Бюл. №26, 1998 г. Прототип.
Недостатки прототипа заключаются в том, что указанный оптический преобразователь позволяет регистрировать только быстрые нейтроны и не позволяет идентифицировать излучение и определять направление
излучения. Размеры элементов ограничены и представляют собой волокна, с поперечным размером не более 1 мм.
Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом полезной модели является расширение энергетического диапазона регистрации проникающих излучений и их видов, определение местоположения источника излучения, его идентификация, определение, выявление закамуфлированных в нейтронозамедляющих средах ядерных веществ и изделий из них.
Технический результат достигается тем, что в годоскопе, содержащем блок сцинтиллирующих оптических элементов, уложенных рядами попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и фотоприемник, сцинтиллирующие оптические элементы выполнены в виде стержней с прямоугольным сечением а·b, стержни скомпонованы в пакет размерами k·b - по высоте, n·а - по ширине и длиной m·а, где:
а - ширина стержня пакета, b - высота стержня пакета, k - количество стержней по высоте пакета, n - количество стержней по ширине пакета, m -количество стержней по длине пакета, по крайней мере, на одной из граней каждого стержня пакета выполнены пазы, в пазах размещены сцинтиллирующие волокна, на торцах волокон расположены фотодиоды, по крайней мере, одна грань пакета последовательно покрыта двумя парами пластин для регистрации тепловых нейтронов и для регистрации гамма квантов, каждая пара разделена дополнительными пластинами из веществ, ослабляющих соответствующие виды излучений, фотодиоды и пары пластин для регистрации тепловых нейтронов и для регистрации гамма квантов соединены со входами схем совпадений, выходы которых соединены со входами контроллера, а выходы контроллера соединены со входом компьютера.
Сущность изобретения поясняется на фигурах 1, 2, 3.
На фиг.1 представлен блок годоскопа, где:
1 - сцинтиллирующие оптические элементы (далее стержни). Сцинтиллирующие оптические элементы 1 уложены рядами попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях и выполнены в виде стержней.
Стержни 1 имеют сечение: а·b, (а - ширина стержня, b - высота стержня) скомпонованы в блок размерами k·b - по высоте, n·a - по ширине и длиной m·а, где k - количество стержней по высоте пакета, n - количество стержней по ширине пакета, m - количество стержней по длине пакета, 2 - спектросмещающие волокна,
3 - пластины из вещества ослабляющего рентгеновское излучение или гамма излучение: свинца, вольфрама, обедненного урана, железа.
4 - две пластины сцинтиллятора для регистрации гамма излучения и рентгеновского излучения,
6
10
5 - пластина из поглощающего тепловые нейтроны вещества, содержащего кадмий, гадолиний, изотоп лития Li, изотоп бора В.
6 - две пластины сцинтиллятора для регистрации тепловых нейтронов,
На фиг.2 представлен фрагмент стержня с сечением, a·b (a - ширина стержня, b - высота стержня), где: 1 - сцинтиллирующие оптические стержни, 2 - спектросмещающие волокна.
На фиг.3 схематично представлена структура годоскопа, где:
7 - схема совпадений, 8 - контроллер, 9 - компьютер.
Для повышения чувствительности пластины 3, 4, 5 и 6 размещены на всех шести гранях блока. Внутренняя и внешняя пластины 4 регистрируют как внешнее излучение, так и возникшие излучения внутри блока.
Внутренние пластины 6 необходимы для регистрации тепловых нейтронов, рожденных внутри блока, определения отношения сигналов от
тепловых и быстрых нейтронов для идентификации источника быстрых нейтронов.
Внешние пластины 6 позволяют обнаружить нейтронный источник либо тепловых нейтронов, либо быстрых нейтронов, замедлившихся в окружающей источник среде. Промежуточная пластина 5 экранирует внутреннюю пластину 6 от воздействия внешних тепловых нейтронов и обеспечивает правильность идентификации источника быстрых нейтронов в случае присутствия также внешних тепловых нейтронов.
Внутренние и внешние пластины 4, а также пластина 3 позволяют разделить гамма излучение, рожденное внутри блока и пришедшее извне. Кроме того, внешняя пластина 4 позволяет измерить энергию рентгеновского или гамма излучения и уточнить характеристики ядерного источника.
Наличие внешних пластин 4, 6 со всех сторон обеспечивает и определение направления на источник тепловых нейтронов или рентгеновского и гамма излучения по разности сигналов с противоположных пластин.
Различие счета (регистрации событий), вызванное наличием пластины 3, служит для обнаружения присутствия внешнего источника. Измерение энергии регистрируемого излучения по амплитуде люминесцентных вспышек способствует идентификации источника излучения.
Внутренняя пластина 6 для регистрации тепловых нейтронов регистрирует тепловые нейтроны, образовавшиеся внутри блока в результате замедлении быстрых нейтронов.
Внешняя пластина 6 для регистрации тепловых нейтронов регистрирует тепловые нейтроны, падающие на годоскоп извне, и служит для обнаружения внешнего источника тепловых нейтронов.
Спектросмещающие волокна 2 служат для сбора света от люминесцентных вспышек и выведения света на фотоприемники
(фотодиоды), которые расположены на концах спектросмещающих волокон 2 (фотоприемники на фигурах не обозначены позицией).
В случае удаленных фотоприемников спектросмещающие волокна 2 стыкуют со светопроводящим волокном во избежание больших потерь света.
Сигнал с фотоприемников поступает на схему совпадений 7 и далее на электронное устройство сбора и анализа информации (контроллер 8).
Сцинтиллирующие оптические стержни 1 выполнены из водородосодержащего вещества и служат одновременно как замедлителем быстрых нейтронов, так и их детектором. Быстрые нейтроны (поток ионизирующего излучения) замедляются в сцинтиллирующих оптических стержнях 1 и при упругом рассеянии нейтронов на ядрах водорода теряют свою энергию, рождают протоны отдачи, которые и вызывают сцинтилляции.
Свет от сцинтилляционных вспышек распространяется по сцинтиллирующим оптическим стержням 1, собирается спектросмещающими волокнами 2 и передаются на торцы спектросмещающих волокон 2, где расположены фотоприемники, включенные в схему совпадений 7.
Схема совпадений 7 включает в себя двухканальный усилитель, два резистивных делителя напряжения для подбора напряжения питания в диапазоне 50-60 вольт независимо для каждого из двух фотоприемников и временные ворота. Использование временных ворот позволяет уменьшить количества ложных событий, регистрируемых стержнями 1 и пластинами 4, 6 устройства и обусловленных фоновым сигналом с фотоприемника. При временном окне 10-20 не количества ложных событий может быть уменьшено до одного за 1000 с.
Для увеличения количества собираемого света (фотонов) сцинтиллирующие оптические стержни 1 покрыты светоотражающей оболочкой.
Сигналы со схемы совпадений 7 поступают на вход контроллера 8, а после обработки на компьютер 9.
Контроллер 8 опрашивает выходные регистры схем совпадений 7, осуществляет первичную обработку полученной информации и передает ее в компьютер 9.
Направление на источник определяется по направлению быстрейшего роста сигнала быстрых нейтронов и находится как вектор между областями блока, используемыми для регистрации быстрых нейтронов, симметричными относительно его центра.
т
б
т
б
Для идентификации источника используются заранее измеренные для различных источников быстрых нейтронов пространственные распределения сигнала быстрых нейтронов и величина S/S, являющаяся отношением интегральных сигналов S от тепловых и S от быстрых нейтронов, просуммированных по всем регистрирующим элементам, соответственно, для тепловых и быстрых нейтронов.
т
б
Результаты отношений интегральных сигналов S/S для различных типов источников излучений приведены в таблице.
Тип источника
S<sub>т</sub>/S<sub>б</sub>
14MeV
3,2E-02
RaBe, PuBe
2,2E-01
3MeV
4,7E-01
<sup>252</sup>Cf
8,3E-01
<sup>235</sup>U, <sup>239</sup>Pu
1