RU185427U1 - CHARGED PARTICLE DETECTOR - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области сцинтилляционных детекторов ионизирующих излучений. Детектор заряженных частиц состоит из фотодетектора, сколь угодно тонкой полированной пластины сцинтиллятора, выполненной в виде многоугольника с числом углов не менее четырех, оптически и механически соединенной с световодом прозрачным для сцинтилляций, повторяющим форму сцинтиллятора, совместно образующими сэндвич, один из углов которого срезан, так что ширина и толщина среза соответствуют габаритам входного окна фотодетектора, прикрепленного к нему, с внешней поверхностью сцинциллятора и боковыми поверхностями сэндвича, покрытыми зеркальным отражателем, при этом световод в поперечном сечении представляет собой клин, на широкой стороне которого расположен фотодетектор, а угол, противолежащий срезу сэндвича, на котором расположен фотодетектор, представляет собой острие клина, при этом тыльная поверхность световода покрыта зеркальным отражателем, при этом зеркальный отражатель на тыльной поверхности световода и внешней поверхности сцинтиллятора выполнен напылением металла в вакууме. Технический результат – повышение эффективности сбора световых импульсов, повышение чувствительности детектора к слабым потокам заряженных частиц. 1 ил.

The utility model relates to the field of scintillation detectors of ionizing radiation. The charged particle detector consists of a photodetector, an arbitrarily thin polished scintillator plate, made in the form of a polygon with at least four angles, optically and mechanically connected to a scintillation transparent fiber, repeating the shape of the scintillator, together forming a sandwich, one of the corners of which is cut, so that the width and thickness of the slice correspond to the dimensions of the input window of the photodetector attached to it, with the outer surface of the scintillator and the side surfaces of the sandwich coated and a mirror reflector, wherein the light guide in cross section is a wedge with a photodetector on the wide side, and the angle opposite the cut of the sandwich on which the photodetector is located is the tip of the wedge, while the back surface of the light guide is covered with a mirror reflector the reflector on the back surface of the fiber and the outer surface of the scintillator is made by sputtering metal in a vacuum. The technical result is an increase in the collection efficiency of light pulses, an increase in the sensitivity of the detector to weak flows of charged particles. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области сцинтилляционных детекторов ионизирующих излучений, точнее к детекторам заряженных частиц преимущественно α- и β- излучений на основе твердотельных органических сцинтилляторов.The utility model relates to the field of scintillation detectors of ionizing radiation, more specifically to charged particle detectors of mainly α and β radiation based on solid-state organic scintillators.

Известен детектор заряженных частиц (патент РФ №2594991), содержащий полупроводниковый фотосенсор в качестве преобразователя инициированных заряженными частицами световых вспышек в электрические импульсы, состоящий из сколь угодно тонкой полностью отполированной пластины сцинтиллятора, выполненной в виде равностороннего многоугольника с числом углов не менее четырех. Пластина сцинтиллятора оптически и механически соединена с прозрачной для сцинтилляций полностью отполированной подложкой. Подложка имеет форму и коэффициент преломления света такие же, как у сцинтиллятора. Суммарная толщина сэндвича, образованного из сцинтиллятора и подложки, равна поперечнику чувствительной поверхности полупроводникового фотосенсора, оптически и механически присоединенного к сэндвичу в одном из его углов, который выполнен сточенным и отполированным, для получения контактной площадки с размерами чувствительной области полупроводникового фотосенсора.A well-known charged particle detector (RF patent No. 2594991) containing a semiconductor photosensor as a converter of light bursts initiated by charged particles into electric pulses, consisting of an arbitrarily thin completely polished scintillator plate made in the form of an equilateral polygon with at least four angles. The scintillator plate is optically and mechanically coupled to a fully polished substrate transparent to scintillations. The substrate has the form and the refractive index of light is the same as that of the scintillator. The total thickness of the sandwich formed from the scintillator and the substrate is equal to the diameter of the sensitive surface of the semiconductor photosensor, optically and mechanically attached to the sandwich in one of its corners, which is made ground and polished to obtain a contact area with the dimensions of the sensitive region of the semiconductor photosensor.

Все поверхности сэндвича, кроме тыльной и той которой прикреплен полупроводниковый фотосенсор, покрыты зеркальным отражателем, а тыльная поверхность покрыта диффузным отражателем. Сцинтиллятор изготовлен достаточно тонким с целью обеспечения нечувствительности к гамма-излучению при сохранении высокой эффективности детектирования α-и β-частиц.All surfaces of the sandwich, with the exception of the back one and the semiconductor photosensor attached to it, are coated with a mirror reflector, and the back surface is covered with a diffuse reflector. The scintillator is made thin enough to ensure insensitivity to gamma radiation while maintaining high detection efficiency of α and β particles.

Недостаток известного детектора заключается в низкой эффективности сбора световых импульсов, рожденных в сцинтилляторе, и как следствие, в низкой чувствительности детектора к слабым потокам заряженных частиц. Указанный недостаток связан в первую очередь с изотропностью распространения световых импульсов, рожденных в сцинтилляторе, с известной изотропностью распространения световых импульсов, отраженных от поверхности световода покрытой диффузным отражателем, а также с низким коэффициентом отражения при диффузном рассеянии на тыльной стороне детектора.A disadvantage of the known detector is the low collection efficiency of light pulses generated in the scintillator, and as a consequence, the low sensitivity of the detector to weak flows of charged particles. This drawback is associated primarily with the isotropy of the propagation of light pulses generated in the scintillator, with the known isotropy of the propagation of light pulses reflected from the surface of the fiber covered with a diffuse reflector, as well as with a low reflection coefficient for diffuse scattering on the back of the detector.

Задача полезной модели заключается в повышении эффективности детектора в отношении сбора световых импульсов, рожденных в сцинтилляторе и как следствие, в повышении чувствительности детектора к слабым потокам заряженных частиц.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the detector with respect to the collection of light pulses generated in the scintillator and, as a result, to increase the sensitivity of the detector to weak flows of charged particles.

Поставленная задача решается тем, что в детекторе заряженных частиц, состоящем из фотодетектора, сколь угодно тонкой полированной пластины сцинтиллятора, выполненной в виде многоугольника с числом углов не менее четырех, оптически и механически соединенной с световодом прозрачным для сцинтилляций, повторяющим форму сцинтиллятора, совместно образующими сэндвич, один из углов которого срезан, так что ширина и толщина среза соответствуют габаритам входного окна фотодетектора. При этом, фотодетектор прикреплен к указанному срезу. Внешняя поверхность сцинтиллятора и боковые поверхности сындвича, покрыты зеркальным отражателем. Световод в поперечном сечении представляет собой клин, на широкой стороне которого расположен фотодетектор, а угол, противолежащий срезу сэндвича, на котором расположен фотодетектор, представляет собой острие клина. Для лучшего отражения тыльная поверхность световода покрыта зеркальным отражателем, причем зеркальный отражатель на тыльной поверхности световода и внешней поверхности сцинтиллятора выполнен напылением металла в вакууме.The problem is solved in that in a charged particle detector, consisting of a photodetector, an arbitrarily thin polished scintillator plate made in the form of a polygon with at least four angles, optically and mechanically connected to a transparent scintillation fiber, repeating the shape of the scintillator, together forming a sandwich , one of the corners of which is cut, so that the width and thickness of the cut correspond to the dimensions of the input window of the photodetector. In this case, the photodetector is attached to the specified slice. The outer surface of the scintillator and the side surfaces of the syndwich are coated with a mirror reflector. The light guide in cross section is a wedge with a photodetector on the wide side, and the angle opposite the cut of the sandwich on which the photodetector is located is the tip of the wedge. For better reflection, the back surface of the fiber is covered with a mirror reflector, and the mirror reflector on the back surface of the fiber and the outer surface of the scintillator is sprayed with metal in a vacuum.

Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности сбора световых импульсов и как следствие, в повышении чувствительности детектора к слабым потокам заряженных частиц.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of the collection of light pulses and, as a consequence, to increase the sensitivity of the detector to weak flows of charged particles.

Полезная модель поясняется рисунком, на котором 1 - тонкий сцинцилятор; 2 - световод из несцинтиллирующего материала, оптически прозрачного в полосе высвечивания пластика, изготовленный в форме клина;The utility model is illustrated in the figure, in which 1 is a thin scintillator; 2 - a fiber made of non-scintillating material, optically transparent in a plastic strip, made in the form of a wedge;

3 - фото детектор (например: кремниевые фотоумножители, лавинные фотодиоды и др.); 4, 5 - зеркальноотражающие поверхности, выполненные напылением металла в вакууме.3 - photo detector (for example: silicon photomultipliers, avalanche photodiodes, etc.); 4, 5 - mirror-reflecting surfaces made by spraying metal in a vacuum.

Применение в качестве подложки, выполняющей функции световода, пластины, изготовленной в форме клина, на наиболее толстой стороне, которого расположено входное окно фотодетектора, с выполнением всех его поверхностей кроме контактирующей с сцинтиллятором, с зеркально отражающим покрытием, позволяет увеличить сбор световых импульсов, рожденных в сцинтилляторе. Световые импульсы, рожденные в сцинтилляторе, распространяются в световод и отражаются от его тыльной поверхности, преимущественно в сторону фотодетектора и достигают его при меньшем количестве отражений. Применение зеркально отражающего покрытия для тыльной поверхности световода, вместо диффузного отражателя, снижает также потери световых импульсов при каждом отражении от нее.The use of a wedge-shaped wafer on the thickest side of the photodetector input window, with the use of all its surfaces except for contacting with a scintillator with a mirror-reflective coating, can increase the collection of light pulses generated in scintillator. Light pulses generated in the scintillator propagate into the fiber and are reflected from its back surface, mainly towards the photodetector and reach it with fewer reflections. The use of a mirror-reflective coating for the rear surface of the fiber, instead of a diffuse reflector, also reduces the loss of light pulses at each reflection from it.

Принятые меры при прочих равных условиях обеспечивают гораздо более эффективный сбор световых импульсов, чем в детекторе прототипе.The measures taken, ceteris paribus, provide a much more efficient collection of light pulses than in the detector prototype.

Claims (1)

Детектор заряженных частиц, состоящий из фотодетектора, сколь угодно тонкой полированной пластины сцинтиллятора, выполненной в виде многоугольника с числом углов не менее четырех, оптически и механически соединенной с световодом прозрачным для сцинтилляций, повторяющим форму сцинтиллятора, совместно образующими сэндвич, один из углов которого срезан, так что ширина и толщина среза соответствуют габаритам входного окна фотодетектора, прикрепленного к нему, с внешней поверхностью сцинциллятора и боковыми поверхностями сэндвича, покрытыми зеркальным отражателем, отличающийся тем, что световод в поперечном сечении представляет собой клин, на широкой стороне которого расположен фотодетектор, а угол, противолежащий срезу сэндвича, на котором расположен фотодетектор, представляет собой острие клина, при этом тыльная поверхность световода покрыта зеркальным отражателем, при этом зеркальный отражатель на тыльной поверхности световода и внешней поверхности сцинтиллятора выполнен напылением металла в вакууме.A charged particle detector, consisting of a photodetector, an arbitrarily thin polished scintillator plate, made in the form of a polygon with at least four angles, optically and mechanically connected to a scintillation transparent fiber, repeating the shape of the scintillator, together forming a sandwich, one of the corners of which is cut off so that the width and thickness of the slice correspond to the dimensions of the input window of the photodetector attached to it, with the outer surface of the scintillator and the side surfaces of the sandwich, characterized by the fact that the fiber in cross section is a wedge with a photodetector on its wide side, and the angle opposite the cut of the sandwich on which the photodetector is located is the tip of the wedge, while the rear surface of the fiber is covered with a mirror reflector, this mirror reflector on the rear surface of the fiber and the outer surface of the scintillator is made by sputtering metal in vacuum.

Images