RU2323453C1 - Световолоконный сцинтилляционный детектор - Google Patents
Световолоконный сцинтилляционный детектор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2323453C1 RU2323453C1 RU2006138947/28A RU2006138947A RU2323453C1 RU 2323453 C1 RU2323453 C1 RU 2323453C1 RU 2006138947/28 A RU2006138947/28 A RU 2006138947/28A RU 2006138947 A RU2006138947 A RU 2006138947A RU 2323453 C1 RU2323453 C1 RU 2323453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibers
- scintillation
- assembly
- registration
- neutrons
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Предложенное изобретение относится к сцинтилляционным детекторам гамма- и нейтронного излучения и может быть использовано для фундаментальных исследований в различных областях техники. Задачей изобретения является разработка световолоконного сцинтилляционного детектора, предназначенного для одновременной регистрации и обнаружения гамма- и нейтронного (быстрые и тепловые нейтроны) излучений, обеспечивающего повышенный плоский угол регистрации излучений: 2π или π. Световолоконный сцинтилляционный детектор содержит сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения (волокон Bi4Ge3O12), и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом, при этом сборка сцинтилляционных волокон дополнительно содержит волокна для регистрации тепловых нейтронов и волокна для регистрации быстрых нейтронов, помещена в единую оболочку с внутренним светоотражающим покрытием, выполнена в виде сцинтилляционного кабеля и имеет форму кольца или арки, а фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников, расположенных в противоположных торцах сборки сцинтилляционных волокон. Волокна для регистрации быстрых нейтронов могут быть выполнены из водородсодержащего пластика, а волокна для регистрации тепловых нейтронов выполнены из 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного Се3+. Между фотоприемниками и сборкой сцинтилляционных волокон может быть дополнительно введен сместитель спектра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам гамма- и нейтронного излучения и может быть использовано для фундаментальных исследований в области ядерной физики и физики высоких энергий; в дозиметрической практике в системах радиационного мониторинга трансграничных перемещений людей и грузов, мониторинга помещений аэропортов (проверка пассажиров, их багажа и других грузов), а в связи с глобализацией актов терроризма может быть использовано для мониторинга помещений общественных зданий (допуск в правительственные здания, спортивные комплексы, здания политических, юридических и военных ведомств, театры, филармонии, крупные национальные музеи); для радиационного контроля металлолома, поступающего на переплавку в металлургические предприятия; для радиационного контроля строительных материалов, строительных блоков и металлоконструкций; может быть использовано в интроскопах (томографах) медицинского и технического назначения.
Известен световолоконный сцинтилляционный детектор, включающий в себя сборку сцинтилляционных волокон (Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. М.: МГУ, 1963.) Сборка сцинтилляционных волокон содержит нити из пластикового сцинтиллятора диаметром 1 мм, которыми заполнен люситовый каркас сборки, имеющий размер 100×100×100 мм3.
Такой световолоконный сцинтилляционный детектор пригоден для регистрации нейтронов (быстрых), однако из-за низкого эффективного атомного номера (Zeff<6) он имеет очень низкую чувствительность к гамма-излучению и поэтому непригоден для одновременной регистрации нейтронного и гамма-излучений. Кроме того, недостатком известного детектора является невозможность его использования в качестве детектора кольцевого или арочного типа, обеспечивающего регистрацию излучений в плоском угле 2π или π соответственно.
Известен световолоконный детектор (Свидетельство РФ на полезную модель №1756, МПК6 G01T 5/08, опубл. 16.02.1996), представляющий собой сборку сцинтилляционных волокон на основе галогенидов серебра.
Однако известный световолоконный детектор не чувствителен к нейтронам и не пригоден для использования в качестве детектора нейтронного излучения. Возможность регистрации излучения в плоском углу 2π или π с использованием известного световолоконного детектора в известной полезной модели не предусмотрена.
Известен сцинтилляционный световод (Патент РФ 2154290, МПК7 G02B 6/02, опубл. 10.08.2000), который используют для обнаружения и регистрации ионизирующего излучения (рентгеновского, гамма-, альфа- и электронного). Состав сцинтилляционного световода - твердые растворы на основе галогенидов серебра, мас.%: AgCl 17,980-27,000; AgBr 82,000-72,499; AgI 0,010-0,500, активированные добавками либо таллия, либо хрома, либо европия, либо церия в количестве 0,01-0,001 мас.%.
Однако известный сцинтилляционный световод непригоден для одновременной регистрации гамма- и нейтронного излучения. Возможность регистрации излучения в плоском угле 2π или π с использованием известного сцинтилляционного световода не предусмотрена.
Известен световолоконный сцинтилляционный детектор (Salomon М. New Measurements of Scintillating Fibers Coupled to Multianode Photomultipliers / M. Salomon. IEEE Trans. Nucl. Sci. 1992. Vol.39. P.671). Такой детектор содержит сборку органических сцинтилляционных волокон (до нескольких тысяч волокон) и фотоприемное устройство. Известный детектор используется для регистрации треков быстрых заряженных частиц в калориметрах различного типа.
Однако органические сцинтилляционные волокна, входящие в известный световолоконный сцинтилляционный детектор, имеют низкий эффективный атомный номер и соответственно невысокую эффективность регистрации гамма-излучения. Таким образом, известный световолоконный сцинтилляционный детектор непригоден для одновременной регистрации и обнаружения гамма- и нейтронного излучений. Кроме того, волокна, входящие в состав известного световолоконного сцинтилляционного детектора, рассчитаны на получение информации о треках частиц, а потому имеют форму цилиндров с небольшой длиной, что обеспечивает малый плоский угол регистрации излучений. Таким образом, известный световолоконный сцинтилляционный детектор непригоден для использования в качестве детектора кольцевого или арочного типа, обеспечивающего одновременную регистрацию и обнаружение нейтронного и гамма-излучений в плоском угле 2π или π соответственно.
Наиболее близким к заявляемому является световолоконный сцинтилляционный детектор (Патент РФ 2262722, МПК7, G01T 5/08, опубл. 20.10.2005), содержащий сборку коротких сцинтилляционных волокон (волоконных кристаллов Bi4Ge3O12), предназначенных для регистрации гамма-излучения, и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом.
Однако известный световолоконный сцинтилляционный детектор способен регистрировать и обнаруживать только гамма-излучение и непригоден для регистрации и обнаружения нейтронного излучения, т.е. он непригоден для одновременной регистрации и обнаружения гамма- и нейтронного излучений. Кроме того, известный световолоконный сцинтилляционный детектор (сборка волокон) обеспечивает лишь малый плоский угол регистрации излучений. Таким образом, известный световолоконный сцинтилляционный детектор непригоден для использования в качестве детектора кольцевого или арочного типа, обеспечивающего одновременную регистрацию и обнаружение нейтронного и гамма-излучений в плоском угле 2π или π.
Задачей изобретения является разработка световолоконного сцинтилляционного детектора, предназначенного для одновременной регистрации и обнаружения гамма- и нейтронного (быстрые и тепловые нейтроны) излучений, обеспечивающего повышенный плоский угол регистрации излучений: 2π (детектор кольцевого типа) или π (детектор арочного типа).
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого световолоконного сцинтилляционного детектора, содержащего сборку сцинтилляционных волокон и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом, благодаря тому, что сборка сцинтилляционных волокон содержит сцинтилляционные волокна трех типов, чувствительных соответственно к гамма-излучению, быстрым и тепловым нейтронам, сборка помещена в единую оболочку с внутренним светоотражающим покрытием, выполнена в виде сцинтилляционного кабеля и имеет форму кольца или арки, а фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников, расположенных в противоположных торцах сборки сцинтилляционных волокон. Волокна для регистрации гамма-излучения выполнены в виде волоконных кристаллов Bi4Ge3O12, волокна для регистрации быстрых нейтронов выполнены из водородсодержащего пластика, а волокна для регистрации быстрых нейтронов выполнены из 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного Се3+. Между фотоприемниками и сборкой сцинтилляционных волокон дополнительно введен сместитель спектра.
Сущность изобретения заключается в том, что в световолоконный сцинтилляционный детектор, содержит сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения (волоконных кристаллов Bi4Ge3O12), и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом, причем сборка сцинтилляционных волокон помещена в единую оболочку с внутренним светоотражающим покрытием, выполнена в виде сцинтилляционного кабеля и имеет форму кольца или арки и дополнительно содержит волокна для регистрации быстрых нейтронов (из водородсодержащего пластика) и тепловых нейтронов (из 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного Се3+), а фотоприемное устройство стекла, активированного Се3+), а фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников, расположенных в противоположных торцах сборки сцинтилляционных волокон. Между фотоприемником и сборкой сцинтилляционных волокон дополнительно введен сместитель спектра.
Применение в сборке сцинтилляционных волокон волокон трех типов обеспечивает одновременную регистрацию и обнаружение гамма-излучения, быстрых и тепловых нейтронов. Особая форма сборки сцинтилляционных волокон (в виде сцинтилляционного кабеля в форме кольца или арки) обеспечивает регистрацию излучения в большом плоском угле (2π или π соответственно), что увеличивает чувствительность детектора. Применение единой оболочки с внутренним светоотражающим покрытием для сборки сцинтилляционных волокон, т.е. сцинтилляционного кабеля, и применение двух фотоприемников на обоих торцах сборки сцинтилляционных волокон повышает светосбор, т.е. увеличивает чувствительность детектора.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:
- на фиг.1 представлена схема световолоконного сцинтилляционного детектора со сборкой сцинтилляционных волокон, выполненной в виде кольца;
- на фиг.2 представлена схема световолоконного сцинтилляционного детектора со сборкой сцинтилляционных волокон, выполненной в виде арки.
Предлагаемое устройство содержит сборку сцинтилляционных волокон 1 и фотоприемное устройство 2, находящиеся в оптическом контакте друг с другом. Сборка сцинтилляционных волокон 1 содержит сцинтилляционные волокна трех типов:
1) волокна, чувствительные к гамма-излучению, представляющие собой волоконные кристаллы Bi4Ge3О12;
2) волокна, чувствительные к быстрым нейтронам, изготовленные из водородсодержащего сцинтиллирующего пластика;
3) волокна, чувствительные к тепловым нейтронам, изготовленные из
6Li-содержащего силикатного стекла (Li2CO3-MgO-CaO-SiO2-Ce3+).
Сборка сцинтилляционных волокон 1 помещена в единую оболочку 3 с внутренним светоотражающим покрытием, т.е. представляет собой сцинтилляционный кабель, который имеет форму кольца (фиг.1) или арки (фиг.2)
В сцинтилляционном кабеле сборки сцинтилляционных волокон i может содержаться от одного до нескольких волокон каждого из вышеперечисленных типов. Наряду с волокными BGO, могут применяться и другие волоконные кристаллы, чувствительные к гамма-излучению, например Y3Al5O12:Се или PbWO4.
Фотоприемное устройство 2 выполнено в виде двух фотоприемников 4, расположенных в противоположных торцах сборки сцинтилляционных волокон 1. Каждый из фотоприемников 4 имеет оптический контакт с каждым волокном сборки сцинтилляционных волокон 1 и выполнен в виде PIN-фотодиода (или ПЗС-фотоприемника) с максимумом спектральной чувствительности, соответствующим максимуму спектра люминесценции сборки сцинтилляционных волокон 1. Если на практике соответствие между спектральной чувствительностью фотоприемников 4 и максимумом спектра люминесценции сборки сцинтилляционных волокон 1 не выполняется (в силу специфики выбора сцинтилляционных волокон или фотоприемников), в устройство между фотоприемниками 4 и сборкой сцинтилляционных волокон 1 дополнительно вводят сместитель спектра (выполненный, например, по известному патенту РФ 2248588 (БИ 20.03.2005 №8, МПК G01T 1/20, 3/06).
Работа устройства в смешанных (гамма-излучение плюс нейтроны) полях ионизирующих излучений происходит следующим образом.
Под воздействием гамма-излучения в волокнах, чувствительных к гамма-излучению, возникают световые вспышки - сцинтилляции. Последние по волокну (где бы они в волокне не возникали) поступают на фотоприемники 4. Поскольку в качестве фотоприемников используются PIN-фотодиоды или ПЗС-фотоприемники, с максимумом спектральной чувствительности, как правило, в красной области спектра, наиболее подходящим материалом для волокон, чувствительных к гамма-излучению, является ортогерманат висмута Bi4Ge3O12 (BGO), максимум спектра люминесценции которого приходится на 490 и 505 нм, полоса свечения 470-560 им. Волокна BGO выпускаются в промышленном масштабе французской фирмой FIBERCRYST.
Под воздействием быстрых нейтронов в волокнах, чувствительных к быстрым нейтронам, в волокнах водородсодержащего сцинтиллирующего пластика возникают протоны отдачи, которые вызывают в пластике световые вспышки-сцинтилляции. Последние по волокну (где бы они в волокне не возникали) поступают на фотоприемники 4. Поскольку в качестве фотоприемников используются PIN-фотодиоды (или ПЗС-фотоприемники) с максимумом спектральной чувствительности, как правило, в красной области спектра, наиболее подходящим материалом для волокон, чувствительных к быстрым нейтронам, является сцинтиллирующий пластик с максимумом свечения в красной области. Такой сцинтиллирующий пластик выпускается в промышленном масштабе Харьковским институтом монокристаллов. Либо используется типовой пластик с синим спектром свечения и сместителем спектра.
Под воздействием тепловых нейтронов в волокнах, чувствительных к тепловым нейтронам, в частности в стекловолокнах из 6Li-содержащего силикатного стекла (Li2CO3-MgO-CaO-SiO2-Ce3+), протекает реакция 6Li(n, α)T. Получающиеся в результате этой реакции α-частицы возбуждают ионы церия Се3+. Спонтанное снятие возбуждения в ионах церия Се3+ приводит к появлению в стекловолокне световых вспышек-сцинтилляций с максимумом спектра люминесценции в области 390-400 нм. Эти сцинтилляции по волокну (где бы они в волокне не возникали) поступают на фотоприемники 4 через сместитель спектра. В стекловолокнах регистрируются тепловые нейтроны первичного спектра, а также тепловые нейтроны, возникшие в результате замедления быстрых нейтронов в пластиковых волокнах сцинтилляционного кабеля.
Обработка информации, полученной с помощью фотоприемников 4, производится в дальнейшем с помощью блока электронной обработки сигналов (на схемах не показан).
Claims (3)
1. Световолоконный сцинтилляционный детектор, содержащий сборку сцинтилляционных волокон, предназначенных для регистрации гамма-излучения (волокон Bi4Ge3O12), и фотоприемное устройство, находящиеся в оптическом контакте друг с другом, отличающийся тем, что сборка сцинтилляционных волокон дополнительно содержит волокна для регистрации тепловых нейтронов и волокна для регистрации быстрых нейтронов, помещена в единую оболочку с внутренним светоотражающим покрытием, выполнена в виде сцинтилляционного кабеля и имеет форму кольца или арки, а фотоприемное устройство состоит из двух фотоприемников, расположенных в противоположных торцах сборки сцинтилляционных волокон.
2. Световолоконный сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что волокна для регистрации быстрых нейтронов выполнены из водородсодержащего пластика, а волокна для регистрации тепловых нейтронов выполнены из 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного Се3+.
3. Световолоконный сцинтилляционный детектор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между фотоприемниками и сборкой сцинтилляционных волокон дополнительно введен сместитель спектра.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006138947/28A RU2323453C1 (ru) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Световолоконный сцинтилляционный детектор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006138947/28A RU2323453C1 (ru) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Световолоконный сцинтилляционный детектор |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2323453C1 true RU2323453C1 (ru) | 2008-04-27 |
Family
ID=39453187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006138947/28A RU2323453C1 (ru) | 2006-11-03 | 2006-11-03 | Световолоконный сцинтилляционный детектор |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2323453C1 (ru) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2501040C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2013-12-10 | Флир Радиацион Гмбх | Устройство и способ для детектирования нейтронов с помощью поглощающих нейтроны калориметрических гамма-детекторов |
| RU2502088C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2013-12-20 | Флир Радиацион Гмбх | Устройство и способ для детектирования нейтронов посредством калориметрии на основе гамма-захвата |
| RU2574416C1 (ru) * | 2014-11-25 | 2016-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Сцинтилляционный детектор |
| RU177857U1 (ru) * | 2017-12-11 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Кольцевой детектор тепловых нейтронов |
| CN110780339A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-11 | 华北电力大学 | 一种石油测井用冷、热中子探测器及锂玻璃纤维制备方法 |
| CN112723751A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-04-30 | 南京同溧晶体材料研究院有限公司 | 一种稀土掺杂锗酸铋单晶光纤及包层方法 |
-
2006
- 2006-11-03 RU RU2006138947/28A patent/RU2323453C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2501040C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2013-12-10 | Флир Радиацион Гмбх | Устройство и способ для детектирования нейтронов с помощью поглощающих нейтроны калориметрических гамма-детекторов |
| RU2502088C2 (ru) * | 2009-07-27 | 2013-12-20 | Флир Радиацион Гмбх | Устройство и способ для детектирования нейтронов посредством калориметрии на основе гамма-захвата |
| RU2574416C1 (ru) * | 2014-11-25 | 2016-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Сцинтилляционный детектор |
| RU177857U1 (ru) * | 2017-12-11 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук (ИЯИ РАН) | Кольцевой детектор тепловых нейтронов |
| CN110780339A (zh) * | 2019-10-29 | 2020-02-11 | 华北电力大学 | 一种石油测井用冷、热中子探测器及锂玻璃纤维制备方法 |
| CN110780339B (zh) * | 2019-10-29 | 2024-04-12 | 华北电力大学 | 一种石油测井用冷、热中子探测器及锂玻璃纤维制备方法 |
| CN112723751A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-04-30 | 南京同溧晶体材料研究院有限公司 | 一种稀土掺杂锗酸铋单晶光纤及包层方法 |
| CN112723751B (zh) * | 2020-10-23 | 2022-03-11 | 南京同溧晶体材料研究院有限公司 | 一种稀土掺杂锗酸铋单晶光纤及包层方法 |
| RU2814061C1 (ru) * | 2023-07-13 | 2024-02-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ) | Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5231402B2 (ja) | 中性子及びガンマ線モニタ | |
| US9182508B2 (en) | Neutron detector using neutron absorbing scintillating particulates in plastic | |
| KR20060054191A (ko) | 중성자 및 감마선 모니터 | |
| US7582880B2 (en) | Neutron detector using lithiated glass-scintillating particle composite | |
| JP5916421B2 (ja) | 中性子検出器 | |
| US8624198B2 (en) | Neutron detection systems with radiation portal monitors | |
| US20160102247A1 (en) | Plastic scintillators with high loading of one or more metal carboxylates | |
| RU2323453C1 (ru) | Световолоконный сцинтилляционный детектор | |
| US8089048B2 (en) | Discrimination-enhanced fiber-optic scintillator radiation detector | |
| US10495766B2 (en) | Optoelectronic neutron detector | |
| RU2300782C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронов | |
| Bliss et al. | Glass-fiber-based neutron detectors for high-and low-flux environments | |
| Mabe et al. | Thin film polymer composite scintillators for thermal neutron detection | |
| Belli et al. | Radioactive contamination of 7LiI (Eu) crystal scintillators | |
| RU177857U1 (ru) | Кольцевой детектор тепловых нейтронов | |
| RU2408902C1 (ru) | Двухкоординатный детектор | |
| RU2308056C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор | |
| Boyarintsev et al. | Composite scintillator | |
| Wengrowicz et al. | Neutron detection module based on Li-glass scintillator and array of SiPMs | |
| RU105474U1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
| Koroleva et al. | New scintillation materials and scintiblocs for neutron and γ-rays registration | |
| Usuda et al. | Development of phoswich detectors for simultaneous counting of alpha particles and other radiations (emitted from actinides) | |
| EP3444639A1 (en) | Fast neutron detector based on proton recoil detection in a composite scintillator with embedded wavelength-shifting fibers | |
| RU2570588C2 (ru) | Детектор нейтронов | |
| Guckes et al. | Experimental study of directional detection of neutrons and gamma rays using an elpasolite scintillator array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081104 |