RU2158011C2 - Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения - Google Patents
Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2158011C2 RU2158011C2 RU98110624/28A RU98110624A RU2158011C2 RU 2158011 C2 RU2158011 C2 RU 2158011C2 RU 98110624/28 A RU98110624/28 A RU 98110624/28A RU 98110624 A RU98110624 A RU 98110624A RU 2158011 C2 RU2158011 C2 RU 2158011C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- crystal
- neutrons
- collimator
- scintillation
- Prior art date
Links
Abstract
Использование: для радиационного мониторинга. Сущность: сцинтилляционный датчик, помещенный в дополнительный коллиматор, содержит сцинтилляционный чувствительный к гамма-излучению кристалл Bi4Ge3O12 (BGO), выполненный в виде кристалла с колодцем, в который помещено в виде вставки чувствительное к нейтронам сцинтиллирующее вещество на основе стильбена или пластмассы, и фотоэлектронный умножитель, причем в блоке электронной обработки сигналов на выходе схемы временной селекции дополнительно размещен амплитудный анализатор сцинтиимпульсов. Коллиматор выполнен двуслойным из водородосодержащего замедлителя нейтронов - полиэтилена (внешний слой) и кадмиевого поглотителя нейтронов (внутренний слой). Технический результат - обеспечение направленной регистрации нейтронов (телескопический режим работы детектора), повышенное отношение сигнал/шум нейтронно-чувствительной вставки датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение предназначено для целей радиационного мониторинга, для регистрации (обнаружения) и определения местоположения источников нейтронного излучения на фоне сопутствующего, требующего учета и спектрометрического анализа гамма-излучения в системах технического радиационного контроля наземного, морского и космического базирования, в частности для обнаружения и идентификации источников нейтронного и гамма-излучения, в подразделениях министерства по чрезвычайным ситуациям, в системах таможенного контроля, в пунктах контроля за провозом делящихся материалов (урана, плутония) и в астрофизических системах контроля (за потоками высокоэнергетических нейтронов).
Известные детекторы ядерных излучений содержат, как правило, датчик и блок электронного обработки сигналов [1-5]. Например, селективный детектор по патенту [2] содержит два датчика, один из которых чувствителен к заряженным частицам и нейтронам, в то время как другой чувствителен только к заряженным частицам; число регистрируемых нейтронов определяется разностным сигналом с этих датчиков, выделяемым с помощью разностной схемы электронного блока. Однако возможность применимости такового детектора для регистрации незаряженных частиц, в частности гамма-излучения, в патенте [2] не оговорена. Кроме того, детектор, описанный в патенте [2], не может быть использован для работы в телескопическом режиме, т.е. для определения местоположения быстрых нейтронов, поскольку он с одинаковой эффективностью регистрирует нейтроны, поступающие как через торец, так и через боковую поверхность датчика, т. е. он не обладает геометрической избирательностью при регистрации нейтронов.
Известный детектор [3] нескольких видов излучений включает два сцинтилляционных кристалла с зеленым и красным свечением, один из которых чувствителен к высокоэнергетическому излучению, а другой - к низкоэнергетическому, и электронно-оптический блок регистрации, выделяющий сигналы от разных кристаллов-датчиков с помощью светофильтров (зеленого и красного) и регистрирующий их с помощью фотодиодов. Такой детектор имеет, однако, ограниченные области применения. По данным [3] он пригоден для регистрации рентгеновского излучения с двумя различными энергиями. Такой детектор не обладает геометрической избирательностью при регистрации излучения, т.е. не имеет выделенного телескопического направления регистрации излучения и не может определять местонахождения источника быстрых нейтронов и не обеспечивает проведения спектрометрического анализа гамма-излучения.
Известно устройство, описанное в [4], содержащее датчик, в частности, сцинтилляционный однокристальный датчик, чувствительный одновременно к нейтронам и гамма-лучам, и электронную схему селекции (разделения) сигналов (импульсов), создаваемых нейтронами и гамма-лучами. Однако такое устройство имеет весьма ограниченные области применения: любой однокристальный датчик не является оптимальным для одновременной регистрации нейтронов и гамма-лучей в диапазоне энергий до 10 МэВ и выше. Если сцинтилляционный датчик выполнен из водородосодержащего, чувствительного к быстрым нейтронам материала, т.е. из материала с низким эффективным атомным номером, то такой датчик практически не чувствителен к высокоэнергетическому гамма-излучению в диапазоне 1-10 МэВ и выше и тем более не пригоден для спектрометрии жесткого гамма-излучения. Если сцинтилляционный датчик выполнен из материала с высоким эффективным атомным номером, то будучи чувствительным к высокоэнергетическому гамма-излучению, он не будет регистрировать быстрые нейтроны. Таким образом, известное устройство [4] непригодно для одновременной регистрации высокоэнергетического (1-10 МэВ и выше) гамма-излучения и быстрых нейтронов, оно также непригодно для определения местоположения источника нейтронов, поскольку не может работать в телескопическом режиме (не обладает геометрической избирательностью).
Наиболее близким к заявляемому является устройство, описанное в [5], которое содержит датчик и блок электронной обработки сигналов. Датчик выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла на основе ортогерманата висмута Bi4Ge3O12 (BGO), чувствительного к протонному, рентгеновскому, а также альфа-, бета-, гамма-излучениям, и световода, выполненного из органического водородосодержащего вещества-сцинтиллятора на основе стильбена или пластмассы (CH)n, чувствительного к быстрым нейтронам, и фотоэлектрического умножителя, а блок электронной обработки сигналов включает схему временной селекции сцинтиимпульсов от сцинтиллятора и световода. Однако такое устройство имеет достаточно ограниченные области применения: оно непригодно для спектрометрии гамма-излучения и нейтронов и, соответственно, непригодно для идентификации гамма-радионуклидов и идентификации делящихся материалов (урана, плутония и других). Поскольку чувствительный к нейтронам компонент-сцинтиллирующий световод в устройстве [5] не имеет боковой защиты, он оказывается одинаково чувствительным к быстрым нейтронам, попадающим в него как через торец, так и через боковую поверхность. Таким образом, известное устройство [5] не обладает геометрической избирательностью при регистрации быстрых нейтронов и, соответственно, непригодно для определения местоположения источников быстрых нейтронов. Кроме того, поскольку сцинтиллирующий нейтронно-чувствительный световод не имеет боковой защиты от гамма-лучей, он оказывается под воздействием сопутствующего гамма-излучения, вызывающего дополнительные сигналы, накладывающиеся на сигналы от нейтронного излучения, что снижает отношение сигнал/шум и снижает чувствительность датчика к нейтронному излучению.
Заявляемое устройство, фиг. 1, содержит датчик и блок электронной обработки сигналов. Датчик состоит из чувствительного к гамма-излучению кристалла BGO (1) с колодцем и чувствительного к нейтронам сцинтиллирующего вещества (2) на основе стильбена или пластмассы, выполненного в виде сцинтилляционной вставки, размещенной в колодце в кристалле (1), причем сам кристалл BGO размещен в дополнительном двуслойном коллиматоре, внешний слой которого выполнен из водородосодержащего замедлителя нейтронов полиэтилена (3), а внутренний (4) из кадмия. В состав датчика входит также фотоумножитель (5), находящийся в оптическом контакте как с кристаллом BGO (1), так и со сцинтилляционной вставкой (2). Блок электронной обработки сигналов (6) содержит схему временной селекции, выход которой подключен ко входу дополнительного амплитудного анализатора сцинтиимпульсов.
Сущность изобретения заключается в том, что сцинтилляционный датчик помещается для защиты от нейтронов, поступающих сбоку, в дополнительный двухслойный коллиматор для обеспечения телескопического режима работы и повышения чувствительности и содержит сцинтилляционный чувствительный к гамма-излучению кристалл Bi4Ge3O12 (BGO), выполненный в виде кристалла с колодцем, в который помещено в виде вставки чувствительное к нейтронам сцинтиллирующее вещество на основе стильбена или пластмассы, и фотоэлектронный умножитель, причем в блоке электронной обработки сигналов на выходе схемы временной селекции дополнительно размещен амплитудный анализатор сцинтиимпульсов. Стенки кристалла BGO играют роль дополнительной защиты от гамма-излучения для центральной нейтронно-чувствительной сцинтилляционной вставки.
Устройство работает в полях нейтронного и гамма-излучения следующим образом. Под действием быстрых нейтронов от делящихся материалов или других источников, попадающих через незащищенный наружным коллиматором торец датчика на чувствительную к ним пластмассовую (CH)n или стильбеновую сцинтилляционную вставку, в ней возникают световые вспышки с длиной волны излучения 400-420 нм с длительностью 2-3 нс и с амплитудой, зависящей от энергии регистрируемого нейтрона. Эти короткие вспышки, создаваемые быстрыми нейтронами, поступают на фотокатод ФЭУ, создавая на его выходе электрические импульсы длительностью 2-3 нс, которые поступают на вход схемы временной селекции сцинтиимпульсов, которая подсчитывает число импульсов от нейтронов.
Под действием гамма-излучения в сцинтилляционном кристалле BGO возникают световые вспышки с длиной волны излучения 480-505 нм и длительностью 300 нс и амплитудой, зависящей от энергии регистрируемых гамма-квантов. Эти вспышки поступают на фотоэлектронный умножитель, создавая электрические импульсы, которые после схемы временной селекции обрабатываются амплитудным анализатором работающим в спектрометрическом режиме, который позволяет, выделять сигналы от гамма-квантов от различных нейтронных источников: от U-235 с энергией гамма-квантов 143 и 185 кэВ и сигналы от гамма-квантов Pu-239 с широким спектром излучения 20-500 кэВ с основным максимумом при 393 кэВ, позволяет выделять и различать эти сигналы, т.е. идентифицировать делящиеся материалы. Амплитудный анализатор предназначен также для выделения и идентификации сигналов от других радионуклидов (если они имеются) с энергией до 1-3 МэВ и выше. Толщина стенки и дна кристалла BGO с колодцем выбирается такой (15-30 мм и более), чтобы регистрируемое им гамма-излучение поглощалось в нем полностью, не достигало центральной сцинтилляционной вставки и не вызывало в ней шумовых импульсов, обусловленных гамма-излучением радионуклидов или гамма-фоном, что обеспечивает повышенное отношение сигнал/шум нейтронно-чувствительной вставки датчика.
Таким образом, схема временной селекции сцинтиимпульсов обеспечивает раздельный и общий учет импульсов от гамма-излучения и нейтронов, а амплитудный анализатор на выходе схемы временной селекции обеспечивает спектрометрическую обработку сигналов от гамма-квантов.
Полиэтиленовый внешний слой двухслойного коллиматора замедляет быстрые нейтроны до тепловых энергий, если эти нейтроны поступают в датчик из боковых направлений, отличных от осевого, а кадмиевый внутренний слой двусложного коллиматора поглощает тепловые нейтроны, не допуская их до центрального сцинтиллятора - вставки. Конверсионные гамма-кванты, возникающие при взаимодействии тепловых нейтронов с кадмием, реакция (n,γ) задерживаются и регистрируются кристаллом BGO, их вклад легко корректируется с помощью амплитудного анализатора, не уменьшая отношения сигнал/шум нейтронно-чувствительной сцинтилляционной вставки датчика. Таким образом, дополнительный двухслойный коллиматор обеспечивает направленную регистрацию нейтронов, поступающих в детектор в осевом направлении, т.е. обеспечивает телескопический режим работы детектора.
Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является то обстоятельство, что стенки сцинтилляционного кристалла BGO играют роль дополнительной защиты от гамма-излучения для центральной нейтронно-чувствительной сцинтилляционной вставки.
Литература
1. Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. - М.: Изд-во МГУ, 1963.
1. Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. - М.: Изд-во МГУ, 1963.
2. US, патент, 3688118, кл. G 01 T 1/00, 1972.
3. ЕР, заявка, 0311503, кл. G 01 T 1/00, 1989.
4. US, патент, 4482808, кл. G 01 T 3/06, 1984.
5. RU, патент, 2088952, кл. G 01 N 1/20, 1997.
Claims (2)
1. Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения, содержащий в качестве датчика сцинтилляционный кристалл Bi4Ge3O12 (BGO), сцинтиллирующее вещество на основе стильбена или пластмассы (CH)n, фотоэлектронный умножитель, а также блок электронной обработки сигналов со схемой временной селекции сцинтиимпульсов, поступающих в нее от BGO, стильбена или пластмассы, отличающийся тем, что дополнительно содержит коллиматор, в котором размещен сцинтилляционный чувствительный к гамма-излучению кристалл Bi4Ge3O12 (BGO), выполненный в виде кристалла с колодцем, а чувствительное к нейтронам сцинтиллирующее вещество на основе стильбена или пластмассы выполнено в виде сцинтилляционной вставки, размещенной в колодце кристалла BGO, причем в блоке электронной обработки сигналов на выходе схемы временной селекции сцинтиимпульсов дополнительно размещен амплитудный анализатор сцинтиимпульсов.
2. Детектор по п.1, отличающийся тем, что коллиматор выполнен двуслойным из водородосодержащего замедлителя нейтронов полиэтилена - внешний слой коллиматора, и кадмиевого поглотителя тепловых нейтронов - внутренний слой коллиматора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98110624/28A RU2158011C2 (ru) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98110624/28A RU2158011C2 (ru) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98110624A RU98110624A (ru) | 2000-03-10 |
RU2158011C2 true RU2158011C2 (ru) | 2000-10-20 |
Family
ID=20206835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98110624/28A RU2158011C2 (ru) | 1998-06-04 | 1998-06-04 | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2158011C2 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105425269A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-03-23 | 西北核技术研究所 | X射线能注量测量装置 |
RU2591207C1 (ru) * | 2015-05-29 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
CN106324658A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 中国辐射防护研究院 | 掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法 |
WO2020014765A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Polimaster Ltd. | Gamma and neutron radiation detection unit |
CN111856603A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-30 | 北京永新医疗设备有限公司 | 闸机设备及其控制方法 |
-
1998
- 1998-06-04 RU RU98110624/28A patent/RU2158011C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2591207C1 (ru) * | 2015-05-29 | 2016-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
WO2016195544A3 (ru) * | 2015-05-29 | 2017-01-26 | Общество с ограниченной ответственностью "РатэкЛаб" | Защитный материал от нейтронного излучения и сцинтилляционный детектор гамма-излучения |
CN106324658A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 中国辐射防护研究院 | 掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法 |
CN106324658B (zh) * | 2015-06-30 | 2019-04-23 | 中国辐射防护研究院 | 掺杂中子灵敏物质镉的塑料闪烁体及其测量热中子的方法 |
CN105425269A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-03-23 | 西北核技术研究所 | X射线能注量测量装置 |
CN105425269B (zh) * | 2015-12-09 | 2018-02-09 | 西北核技术研究所 | X射线能注量测量装置 |
WO2020014765A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | Polimaster Ltd. | Gamma and neutron radiation detection unit |
US10670739B2 (en) | 2018-07-17 | 2020-06-02 | Polimaster Holdings Corporation | Gamma radiation and neutron radiation detector |
EA038969B1 (ru) * | 2018-07-17 | 2021-11-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Полимастер" | Устройство для детектирования гамма- и нейтронного излучения |
CN111856603A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-30 | 北京永新医疗设备有限公司 | 闸机设备及其控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5481114A (en) | Process and apparatus for the simultaneous selective detection of neutrons and X or gamma photons | |
US7626178B2 (en) | Integrated neutron-gamma radiation detector with adaptively selected gamma threshold | |
US6876711B2 (en) | Neutron detector utilizing sol-gel absorber and activation disk | |
RU2501040C2 (ru) | Устройство и способ для детектирования нейтронов с помощью поглощающих нейтроны калориметрических гамма-детекторов | |
RU2502088C2 (ru) | Устройство и способ для детектирования нейтронов посредством калориметрии на основе гамма-захвата | |
EP0667539B1 (en) | Method for measuring gamma-rays of radionuclides, particularly in primary water of nuclear reactor | |
US10670739B2 (en) | Gamma radiation and neutron radiation detector | |
JPH05341047A (ja) | 効果的なα及びβ(γ)線同時測定法及びその検出器 | |
RU2158011C2 (ru) | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения | |
RU2189057C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения | |
US10191161B1 (en) | Device and method for the location and identification of a radiation source | |
JP2871523B2 (ja) | 放射線検出装置 | |
RU2377598C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор | |
RU2259573C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор быстрых и тепловых нейтронов | |
RU189817U1 (ru) | Парный гамма-спектрометр для регистрации высокоэнергетического гамма-излучения | |
JP2012242369A (ja) | 放射線検出器 | |
RU2143711C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
RU2102775C1 (ru) | Устройство для регистрации потоков нейтронов | |
RU2272301C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронов | |
RU2088952C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующего излучения | |
RU2347241C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
WO2021136562A1 (en) | Device for measuring the mixed radiation field of photons and neutrons | |
Ryzhikov et al. | The highly efficient gamma-neutron detector for control of fissionable radioactive materials | |
RU2231809C2 (ru) | Детектор нейтронного и гамма-излучений | |
Paulus et al. | Enhancement of peak-to-total ratio in gamma-ray spectroscopy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050605 |