RU2347241C1 - Детектор для регистрации ионизирующих излучений - Google Patents
Детектор для регистрации ионизирующих излучений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347241C1 RU2347241C1 RU2007143871/28A RU2007143871A RU2347241C1 RU 2347241 C1 RU2347241 C1 RU 2347241C1 RU 2007143871/28 A RU2007143871/28 A RU 2007143871/28A RU 2007143871 A RU2007143871 A RU 2007143871A RU 2347241 C1 RU2347241 C1 RU 2347241C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scintillation
- detector
- unit
- semiconductor
- neutrons
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение для дистанционного обнаружения и контактной идентификации радиоактивных веществ. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для достижения данного результата детектор содержит сенсорный датчик и блок электронной обработки сигналов. Сенсорный датчик содержит полупроводниковый спектрометрический блок для регистрации и спектрометрического анализа мягкого гамма- и рентгеновского излучения. Полупроводниковый спектрометрический блок включает полупроводниковый детектор на основе теллурида кадмия и коллиматор. Сцинтилляционный блок обнаружения и регистрации дополнительно содержит гадолиниевый коллиматор-поглотитель фоновых тепловых нейтронов, бериллиевый отражатель-накопитель тепловых нейтронов, сцинтилляционный модуль-замедлитель из сцинтиллирующей водородсодержащей пластмассы. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области дозиметрии ионизирующих излучений, особо к области дозиметрии нейтронов, включая нейтроны спектра деления, а также для дозиметрии и спектрометрии гамма- и рентгеновского излучений в диапазоне энергий от единиц килоэлектронвольт до ~1,5 МэВ и пригодно для использования в комплексах и системах дистанционного и контактного радиационного контроля, предназначенных для обнаружения делящихся материалов (урана, плутония) и радиоактивных веществ, определения их местоположения и изотопного состава, для радиационного мониторинга территорий и объектов, для радиационного обследования ядерных субмарин, подлежащих разборке, для решения задач госатомнадзора, таможенного контроля, для служб дозиметрической и ядерной безопасности атомных электростанций и предприятий по переработке ядерного топлива.
Известные детекторы ионизирующих излучений содержат, как правило, сенсорный датчик и блок электронной обработки сигналов. В качестве сенсорных датчиков используют сцинтилляторы, ионизационные счетчики или полупроводниковые детекторы.
Известен детектор нейтронов сцинтилляционного типа с датчиком на базе сцинтилляционных кристаллов 6LiI:Eu (Акимов Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий / Ю.К.Акимов. М.: МГУ, 1963). Известный детектор чувствителен к тепловым нейтронам. Однако он непригоден для одновременной регистрации и спектрометрии гамма- и рентгеновского излучений с высоким энергетическим разрешением, с его помощью нельзя идентифицировать радиоактивные вещества, включая продукты распада делящихся материалов.
Известен детектор нескольких излучений (Детектор нескольких излучений. Заявка ЕВП (ЕР) №0311503, G01T 1/00, 1/20, 1989). Он включает два сцинтилляционных датчика с зеленым и красным свечением, один из которых чувствителен к высокоэнергетическому излучению, а другой - к низкоэнергетическому, и электронный оптический блок регистрации, выделяющий сигналы от датчиков с помощью светофильтров (зеленого и красного) и регистрирующий их с помощью фотодиодов. Такой детектор имеет ограниченные области применения, он пригоден для регистрации рентгеновского излучения с двумя различными энергиями, однако он не пригоден для регистрации нейтронов и одновременно спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона, требующей высокого энергетического разрешения, что необходимо для идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Известен всеволновой детектор нейтронов (Иванов В.И. Курс дозиметрии / В.И.Иванов. М.: Энергоатомиздат, 1988, 399 с.), датчик которого состоит из 3Не-счетчиков, чувствительных к тепловым нейтронам, и замедлителя нейтронов (парафин). Однако такой детектор непригоден для одновременной регистрации нейтронов и гамма-излучения, непригоден для спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона, непригоден для идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Известен детектор (Пластмассовый сцинтилляционный детектор СПС-Т4А. Сухуми. Рекламный листок Сухумского физико-технического института, 1990), датчик которого представляет собой пластмассовый сцинтилляционный детектор СПС-Т4А, предназначенный для регистрации гамма-излучения и быстрых нейтронов. Детектор имеет следующие характеристики: длительность сцинтиимпульса, создаваемого нейтроном или гамма-квантом - 8,5 нс; световой выход УЕСВ (по ГОСТ 23077-78) при возбуждении электронами с энергией 662 кэВ - 0,29; максимум спектра люминесценции 490 нм, диаметр и высота до 50 мм. Однако такой детектор непригоден для спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона, требующей высокого энергетического разрешения, непригоден для идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Известен детектор надтепловых нейтронов (Пат 4241253 США, G01T 3/00, 1980), который содержит датчик тепловых нейтронов, защиту от тепловых нейтронов, окружающую этот датчик; замедлитель надтепловых нейтронов, которые проникают через защиту, с тем чтобы эти нейтроны легче поглощались счетчиком. Толщина замедлителя и отношение диаметра счетчика к внешнему диаметру замедлителя таковы, что обеспечивается максимальная скорость счета, которую можно получить, когда счетчик полностью заполняет внутренний диаметр защиты от тепловых нейтронов. Однако известный детектор не позволяет регистрировать гамма-излучение, не позволяет обеспечить спектрометрию мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона, непригоден для идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Известен детектор нейтронов и гамма-лучей (Пат. 4482808 США, G01T 3/06, 1984). Детектор содержит датчик, в частности сцинтилляционный однокристальный датчик, чувствительный одновременно к нейтронам и гамма-лучам, и блок электронной обработки сигналов, включающий в себя электронную схему селекции для разделения сигналов (импульсов), генерируемых нейтронами и гамма-лучами. Однако любой однокристальный датчик не является оптимальным для одновременной регистрации нейтронов и гамма-лучей, поскольку не обладает достаточно высокой чувствительностью, избирательностью и необходимыми функциональными возможностями. Известный детектор непригоден для спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона, непригоден для идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Известен детектор мягкого гамма- и рентгеновского излучения на основе особо чистого германия (проспект фирмы Canberra. Germanium Detectors). Однако он функционирует только при температуре жидкого азота, не отвечает требованиям компактности, поскольку в состав детектора входит азотный криостат и, кроме того, он не позволяет одновременно с гамма- и рентгеновским излучением регистрировать нейтронное излучение.
Из всех известных детекторов для регистрации ионизирующих излучений наиболее близким к заявляемому является детектор, описанный в патенте (Пат. 2088952 РФ, опубл. 27.08.97, бюл. 24). Известный детектор содержит сенсорный датчик и блок электронной обработки сигналов; датчик выполнен в виде последовательно соединенных сцинтилляционного кристалла Bi4Ge3O12, чувствительного к рентгеновскому и гамма-излучениям, и световода, выполненного из органического сцинтиллирующего вещества на основе стильбена или пластмассы (СН)n, чувствительного к быстрым нейтронам, фотоэлектронного умножителя, преобразующего световые вспышки (сцинтилляции) в электрические сигналы, а блок электронной обработки сигналов включает в себя схему временной селекции сцинтиимпульсов, поступающих в него от сцинтиллятора Bi4Ge3O12 и сцинтиллирующего под действием быстрых нейтронов световода, изготовленного из стильбена или пластмассы (СН)n. Известный детектор отвечает требованиям компактности, функционирует при комнатной температуре, однако он не позволяет проводить спектрометрию гамма- и рентгеновского излучений с высоким энергетическим разрешением. Энергетическое разрешение сцинтилляционных кристаллов Bi4Ge3O12 составляет 15-20%, что совершенно недостаточно для спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона и идентификации продуктов распада делящихся материалов (например, америция, нептуния и др.).
Задачей изобретения является разработка компактного, работающего при комнатной температуре детектора ионизирующих излучений, пригодного для дистанционного обнаружения и регистрации нейтронного и гамма-излучения, а также для регистрации и спектрометрии мягкого гамма- (до 1,5 МэВ) и рентгеновского излучения (контактный спектрометрический режим контроля) с высоким энергетическим разрешением (~0,3% по линии Cs-137 - 662 кэВ), необходимым для надежной идентификации радиоактивных веществ, делящихся материалов и продуктов их распада (например, америция, нептуния и др.).
Для решения поставленной задачи предлагается детектор, содержащий сенсорный датчик и блок электронной обработки сигналов, в котором сенсорный датчик детектора содержит размещенные в едином корпусе полупроводниковый спектрометрический блок для регистрации и спектрометрического анализа мягкого гамма- и рентгеновского излучения, работающий в режиме контактного контроля при комнатной температуре, и сцинтилляционный счетный блок для дистанционного обнаружения и регистрации нейтронов и гамма-излучения, причем полупроводниковый блок включает полупроводниковый детектор на основе теллурида кадмия CdTe и коллиматор, размещенные в едином контейнере, укрепленном на держателе с шаровым шарниром с дистанционным управлением; сцинтилляционный блок обнаружения и регистрации дополнительно содержит гадолиниевый коллиматор - поглотитель фоновых тепловых нейтронов, бериллиевый отражатель-накопитель тепловых нейтронов, сцинтилляционный модуль-замедлитель из сцинтиллирующей водородсодержащей пластмассы (СН)n, или стильбена, или антрацена для регистрации быстрых нейтронов и/или гамма-излучения, сцинтилляционный модуль на основе 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного церием, для регистрации тепловых нейтронов и гамма-излучения, и фотоэлектронный умножитель, а блок электронной обработки сигналов содержит спектрометрический канал для обработки сигналов с полупроводникового спектрометрического блока с анализатором высокого разрешения, счетный канал для обработки сигналов со сцинтилляционного блока, обеспечивающий подсчет нейтронов и/или гамма-квантов, и блок управления детектором.
Схема предлагаемого устройства, раскрывающая его сущность, приведена на чертеже.
В состав устройства входит датчик с размещенными в корпусе 1 полупроводниковым блоком для регистрации гамма- и рентгеновского излучения, включающего в себя полупроводниковый спектрометрический блок на основе теллурида кадмия с холодильником Пельтье 2 с коллиматором 3 в контейнере 4, закрепленном на дистанционно управляемом шаровом шарнире 5 с держателем 6; сцинтилляционный блок для обнаружения и регистрации нейтронов и гамма-излучения, включающий в себя гадолиниевый коллиматор-поглотитель фоновых нейтронов 7, бериллиевый отражатель-накопитель 8, сцинтилляционный модуль-замедлитель 9 для регистрации быстрых нейтронов, выполненный из водородсодержащей пластмассы (СН)n или стильбена, или антрацена, сцинтилляционный модуль 10 на основе 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного церием, для регистрации тепловых нейтронов и/или гамма-излучения, и фотоэлектронный умножитель 11, а также блок электронной обработки сигналов 12, содержащий спектрометрический канал для обработки сигналов с полупроводникового спектрометрического блока с анализатором высокого разрешения (для спектрометрии мягкого гамма-излучения и излучения рентгеновского диапазона), счетный канал для счета нейтронов и гамма-квантов и блок управления детектором.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Дистанционное обнаружение делящихся материалов и радиоактивных веществ осуществляют по их нейтронному и/или гамма-излучению с помощью сцинтилляционного счетного блока детектирования. При этом детектор работает в дистанционном режиме. Быстрые нейтроны от обнаруживаемого источника излучения регистрируются водородсодержащим сцинтилляционным модулем-замедлителем 9, который одновременно является замедлителем быстрых нейтронов, замедляя их до тепловых энергий. Замедленные до тепловых энергий нейтроны регистрируются сцинтилляционным модулем 10 на основе 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного церием, за счет ядерной реакции (n, α) тепловых нейтронов с ядрами изотопа 8Li. Гадолиниевый коллиматор 7 поглощает фоновые тепловые нейтроны, что повышает отношение сигнал/шум. Бериллиевый отражатель-накопитель 8 формирует «нейтронную баню», т.е. возвращает (неоднократно) рассеянные нейтроны в рабочий объем сцинтилляционного модуля 10, где они в конце концов регистрируются. Использование бериллиевого отражателя повышает чувствительность детектора. Возникающие в сцинтилляционных модулях 9 и 10 сцинтилляционные вспышки регистрируются фотоэлектронным умножителем, сигналы с которого поступают в счетный канал блока электронной обработки сигналов 12. Стеклянный сцинтилляционный модуль 10 прозрачен для световых вспышек, возникающих в сцинтилляционном модуле-замедлителе 9. Фотоэлектронный умножитель 11 регистрирует световые вспышки от сцинтилляционных модулей 9 и 10 одновременно, что повышает эффективность обнаружения делящихся материалов и радиоактивных веществ.
Сцинтилляционный счетный блок одновременно с нейтронами регистрирует испускаемые радиоактивными веществами гамма-кванты, которые также, как и нейтроны, вызывают световые вспышки в сцинтилляционных модулях 9 и 10, которые также регистрируются фотоэлектронным умножителем 11, сигналы с которого обрабатываются в счетном канале блока электронной обработки сигналов 12.
В контактном режиме предлагаемый детектор используют для идентификации делящихся материалов и радиоактивных веществ путем проведения спектрометрического анализа испускаемых гамма-квантов и квантов рентгеновского излучения с помощью полупроводникового спектрометрического блока на основе кристалла теллурида кадмия CdTe с высоким энергетическим разрешением на уровне долей процента в диапазоне энергий от единиц кэВ до 1,5 МэВ. Полупроводниковый блок на основе кристалла теллурида кадмия работает при комнатной температуре с Пельтье холодильником, который охлаждает кристалл теллурида кадмия до температуры минус 30°С, что обеспечивает его высокое энергетическое разрешение на уровне ~0,3% по линии Cs-137 - 662 кэВ. С помощью CdTe-полупроводникового спектрометрического блока гамма-кванты и кванты рентгеновского излучения, испускаемые делящимся материалом, например, 235U (Еγ=143 и 185 кэВ), 239Pu (Еγ=60, 215 и 393 кэВ) и/или продуктами их распада, например 242Am (Еγ=60 кэВ), могут быть однозначно идентифицированы. Сигналы с полупроводникового спектрометрического блока поступают в спектрометрический канал с анализатором высокого разрешения блока обработки сигналов. Коллиматор 3 и шарнирное соединение 5 с дистанционным управлением обеспечивают возможность направленной регистрации излучения. Управление шарниром осуществляет блок управления детектором, входящим в состав блока электронной обработки сигналов. Блок управления детектором обеспечивает также питание полупроводникового спектрометрического блока и фотоэлектронного умножителя сцинтилляционного счетного блока.
Предлагаемое устройство обеспечивает дистанционное обнаружение и регистрацию нейтронов и гамма-излучения в счетном режиме, и спектрометрию мягкого гамма- и рентгеновского излучений с высоким энергетическим разрешением в контактном режиме регистрации. Последнее позволяет достоверно идентифицировать продукты распада делящихся материалов и изотопный состав регистрируемых радиоактивных веществ.
Предлагаемый детектор отвечает требованиям компактности, его рабочей температурой эксплуатации является комнатная температура. Дополнительным преимуществом предлагаемого детектора является возможность дистанционного выбора направления регистрации спектрометрического полупроводникового блока с помощью дистанционного управления шарниром.
Claims (1)
- Детектор для регистрации ионизирующих излучений, содержащий сенсорный датчик и блок электронной обработки сигналов, отличающийся тем, что сенсорный датчик содержит размещенные в едином корпусе полупроводниковый спектрометрический блок для регистрации и спектрометрического анализа мягкого гамма- и рентгеновского излучения, работающий в режиме контактного контроля при комнатной температуре, и сцинтилляционный счетный блок для дистанционного обнаружения и регистрации нейтронов и гамма-излучения, причем полупроводниковый спектрометрический блок включает полупроводниковый детектор на основе теллурида кадмия CdTe и коллиматор, размещенные в едином контейнере, укрепленном на держателе с шаровым шарниром с дистанционным управлением; сцинтилляционный блок обнаружения и регистрации дополнительно содержит гадолиниевый коллиматор-поглотитель фоновых тепловых нейтронов, бериллиевый отражатель-накопитель тепловых нейтронов, сцинтилляционный модуль-замедлитель из сцинтиллирующей водородсодержащей пластмассы (СН)n, или стильбена, или антрацена для регистрации быстрых нейтронов и/или гамма-излучения, сцинтилляционный модуль на основе 6Li-содержащего силикатного стекла, активированного церием, для регистрации тепловых нейтронов и/или гамма-излучения, и фотоэлектронный умножитель, а блок электронной обработки сигналов содержит спектрометрический канал обработки сигналов с полупроводникового спектрометрического блока с анализатором высокого разрешения, счетный канал для обработки сигналов со сцинтилляционного счетного блока и блок управления детектором.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007143871/28A RU2347241C1 (ru) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Детектор для регистрации ионизирующих излучений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007143871/28A RU2347241C1 (ru) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Детектор для регистрации ионизирующих излучений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2347241C1 true RU2347241C1 (ru) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007143871/28A RU2347241C1 (ru) | 2007-11-26 | 2007-11-26 | Детектор для регистрации ионизирующих излучений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347241C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451304C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-05-20 | Александр Иванович Обручков | Компенсационный способ направленной регистрации радиоактивного излучения и устройство для его реализации |
RU2781858C1 (ru) * | 2019-08-19 | 2022-10-19 | Орта Догу Текник Университеси | Нейтронный детектор с твердыми и жидкими замедлителями для измерения нейтронов в различных энергетических диапазонах |
-
2007
- 2007-11-26 RU RU2007143871/28A patent/RU2347241C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
АКИМОВ Ю.К. Сцинтилляционные методы регистрации частиц больших энергий. - М.: Изд-во МГУ, 1963, с.87. * |
ИВАНОВ В.И. Курс дозиметрии. - М.: Энергоатомиздат, 1988, 399 с. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451304C1 (ru) * | 2010-12-09 | 2012-05-20 | Александр Иванович Обручков | Компенсационный способ направленной регистрации радиоактивного излучения и устройство для его реализации |
RU2781858C1 (ru) * | 2019-08-19 | 2022-10-19 | Орта Догу Текник Университеси | Нейтронный детектор с твердыми и жидкими замедлителями для измерения нейтронов в различных энергетических диапазонах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2007267904B2 (en) | Neutron and gamma ray monitor | |
US8436315B1 (en) | Compact thermal neutron monitor | |
US20050023479A1 (en) | Neutron and gamma ray monitor | |
RU2502088C2 (ru) | Устройство и способ для детектирования нейтронов посредством калориметрии на основе гамма-захвата | |
US10670739B2 (en) | Gamma radiation and neutron radiation detector | |
EP1989573B1 (en) | Solid state neutron detector | |
RU2189057C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронного и гамма-излучения | |
Ryzhikov et al. | Advanced multilayer composite heavy-oxide scintillator detectors for high-efficiency fast neutron detection | |
US10191161B1 (en) | Device and method for the location and identification of a radiation source | |
RU2347241C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
RU105474U1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
RU2158011C2 (ru) | Детектор для регистрации нейтронов и гамма-излучения | |
RU2143711C1 (ru) | Детектор для регистрации ионизирующих излучений | |
Ryzhikov et al. | The use of fast and thermal neutron detectors based on oxide scintillators in inspection systems for prevention of illegal transportation of radioactive substances | |
Ryzhikov et al. | The highly efficient gamma-neutron detector for control of fissionable radioactive materials | |
RU2272301C1 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронов | |
RU2231809C2 (ru) | Детектор нейтронного и гамма-излучений | |
RU2412453C2 (ru) | Сцинтилляционный детектор нейтронов | |
Baker et al. | Hand Held Neutron Detector Development for Physics and Security Applications | |
Alvim et al. | A precise 14 MeV neutron detector | |
Tancioni et al. | Gamma dose rate monitoring using a Silicon Photomultiplier-based plastic scintillation detector | |
Langeveld et al. | Lead tungstate and silicon photomultipliers for transmission Z-spectroscopy in cargo inspection systems | |
Boo et al. | Gamma-ray Source Detection with Coded-aperture Gamma Imager in a Complex Gamma-ray/Neutron Environment for Nuclear Security | |
Bolozdynya et al. | High-Pressure Helium-3 Scintillation Position-Sensitive Detector of Thermal Neutrons | |
Kari Peräjärvi et al. | European Reference Network for Critical Infrastructure Protection: Novel detection technologies for nuclear security |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091127 |