блок детектирования для регистрации гамма-излучения от источников, расположенных в поле его зрения

Формула изобретения

БЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ИСТОЧНИКОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ В ПОЛЕ ЕГО ЗРЕНИЯ, содержащий оптически связанные спектрометрический сцинтилляционный кристалл и спектрометрический фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), содержащие стекло с пониженным содержанием радиоактивных примесей, первый поглотитель фонового излучения цилиндрической формы, в открытом торце которого расположен спектрометрический сцинтилляционный кристалл, отличающийся тем, что, с целью уменьшения веса и повышения отношения полезного излучения к фоновому, в блок введен второй поглотитель фонового излучения, расположенный между сцинтилляционным кристаллом и ФЭУ, образуя в совокупности с первым поглотителем открытую только в сторону излучателя защиту, второй поглотитель выполнен в виде световода с присадкой свинца в количестве не более 10 мас. первый поглотитель выполнен из материала плотностью выше плотности свинца, толщина сцинтилляционного кристалла выбрана равной d= (0,5^oC1,5)l, где l длина пробега гамма-квантов в веществе сцинтиллятора с энергией, характерной для регистрируемого излучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано для обнаружения источников радиоактивного излучения, его регистрации и идентификации на местности, в пробах почвы, продуктах питания и т.п.

Для этой цели необходимо устройство, имеющее направленную чувствительность, минимально возможную чувствительность к фоновому радиоактивному излучению того же состава, что и регистрируемое, т.е. высокое отношение полезного сигнала к фону, пригодное к ручной транспортировке, а также имеющее максимально возможную чувствительность по обнаружению источника радиоактивного излучения с конкретным спектром излучения.

Известен детектирующий блок [1,2] для регистрации гамма-излучения, содержащий сцинтилляционный кристалл, оптически связанный светопроводом с фотоэлектронным умножителем и радиационную защиту, выполненную из свинца.

Недостатком этого блока является неудовлетворительное отношение регистрируемого излучения к фоновому.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является детектирующий блок с направленной чувствительностью для регистрации гамма-излучения [3] содержащий оптически связанные на оптических контактах спектрометрический сцинтилляционный кристалл и спектрометрический фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), и первый поглотитель фонового излучения цилиндрической формы, в открытом торце которого расположен спектрометрический сцинтилляционный кристалл. В блоке [3] поглотитель фонового излучения выполнен в виде полого цилиндра с дном, внутри которого кроме кристалла расположен и ФЭУ. Диаметр полого цилиндра определяется размерами содержащихся внутри него элементов сцинтилляционного кристалла и ФЭУ.

В прототипе задача уменьшения внешнего фона решается путем резкого увеличения веса защиты при перекрытии внутренних элементов со всех сторон, кроме торца со сцинтилляционным кристаллом, и при использовании в качестве материала защиты свинца, т.е. для спектра гамма-излучения фона с энергией в несколько сот кэВ толщина защиты составляет примерно 10 см, а ее вес превышает 100 кг, что делает невозможным ручную транспортировку устройства. Кроме того, неудовлетворительным является отношение регистрируемого полезного излучения к фоновому, состоящему из излучения внешних и внутренних источников фонов, имеющихся и в прототипе, и в аналогах. Основным источником внутренних фонов является радиоактивный изотоп Калий-40, содержащийся в стекле оболочки сцинтилляционного кристалла и в ФЭУ, если это стекло изготовлено по обычной технологии. Попадая в сцинтилляционный кристалл, гамма-кванты Калия-40 с энергией 1,46 МэВ рождают в нем непрерывный спектр электронов, являющийся фоновым для всех радиоактивных гамма-источников с меньшей энергией.

Таким образом, недостатками прототипа являются большой вес, определяющий невозможность ручной транспортировки устройства, и неудовлетворительное отношение регистрируемого излучения к фоновому.

Целью изобретения является обеспечение возможности ручной транспортировки устройства и повышение отношения регистрируемого излучения к фоновому.

Для этого в блок детектирования для регистрации гамма-излучения от источников, расположенных в поле его зрения, содержащий расположенный на оптических контактах спектрометрический сцинтилляционный кристалл первичный преобразователь, спектрометрический ФЭУ, первый поглотитель фонового излучения цилиндрической формы, в открытом торце которого расположен спектрометрический сцинтилляционный кристалл, введен второй поглотитель фонового излучения, расположенный между сцинтилляционным кристаллом и ФЭУ и выполненный в виде светопровода из стекла с присадкой свинца, первый поглотитель выполнен из материала большей плотности, чем свинец, например из вольфрама, и с ограниченной длиной с охватыванием сцинтилляционного кристалла и светопровода, сцинтилляционный кристалл, светопровод и ФЭУ содержит стекло с пониженным составом радиоактивных примесей, толщина сцинтилляционного кристалла d (0,5-1,5)l, где l средняя длина пробега гамма-квантов с энергией, характерной для регистрируемого излучения, в веществе сцинтилляционного кристалла.

Сущность изобретения заключается в том, что радиационная защита от внешних излучений источников фона выполнена из двух поглотителей: в передней части со стороны регистрируемого полезного излучения конструктивно радиационная защита совпадает с прототипом и отличается материалом первый поглотитель, для устранения облучения первичного преобразователя сцинтилляционного кристалла из задней полусферы блока использован второй поглотитель сравнительно небольшого веса светопровод из стекла с присадкой свинца. Его размеры значительно меньше, чем размеры удаленной части защиты прототипа, а удельный вес материала стекла с присадкой свинца значительно меньше, чем удельный вес свинца. Возможность уменьшения размеров второго поглотителя связана с размещением светопровода между первичным преобразователем и ФЭУ, так как при этом телесный угол перекрытия фонового излучения остается прежним, а расстояние второго поглотителя до первичного преобразователя уменьшается на длину ФЭУ. При этом поглощение света сцинтилляцией в светопроводе незначительно и не влияет на спектрометрические характеристики устройства.

Повышение чувствительности предлагаемого устройства к обнаружению радиоактивных источников гамма-излучения обеспечивается выбором толщины первичного преобразователя от половины до полутора пробегов гамма-квантов в веществе преобразователя для этой энергии, характерной для этих источников.

В предлагаемом устройстве имеется светопровод, отсутствующий в прототипе, но имеющийся в аналогах, но в предлагаемом устройстве светопровод в отличие от аналогов выполняет несвойственную ему функцию и кроме передачи света выступает в роли радиационной защиты.

В известных решениях световод устанавливается между сцинтиллятором и ФЭУ в случае необходимости удаления их друг от друга.

На чертеже представлен предлагаемый блок детектирования.

Блок детектирования содержит спектрометрический сцинтилляционный кристалл 1 NalTl (который на макете был оптимизирован к излучению Цезий-137 и имеет размеры 80 мм диаметр, 40 мм толщина), светопровод 2 стеклянный с присадкой стекла 3-5% по весу (на макете имеет размеры 80 мм диаметр, 20 мм толщина), ФЭУ 3, первый поглотитель 4 фонового излучения из вольфрама с плотностью в макете 18 г/см³, толщина стенки цилиндра в макете 20 мм, длина цилиндра 85 мм, вес 10 кг.

Блок детектирования работает следующим образом.

Регистрируемый эффект в виде гамма-излучения внешнего источника, расположенного в поле зрения устройства, поглощается в сцинтилляторе в основном в толщине одного пробега этого гамма-излучения. Увеличение толщины сцинтиллятора более толщины, равной одному пробегу, приводит к уменьшению отношения эффект/фон, особенно для толщины более полутора пробегов. Например, увеличение толщины сцинтиллятора в два раза с 40 мм повысило счет фона в 1,8 раз, а чувствительность к гамма-излучению Цезий-137 повысилась лишь в 1,29 раз. Выбор вольфрама в качестве вещества первого поглотителя и дополнительной защиты из свинцового стекла обеспечил снижение чувствительности к фоновому излучению в 5-7 раз. При этом общая масса блока детектирования составляет 12 кг. Наименьший уровень регистрируемой активности составил при этом 5 Бк при расположении источника на торце сцинтиллятора.

Таким образом, предлагаемый блок детектирования может транспортироваться вручную и имеет хорошее отношение эффект/фон, что позволяет его использовать, например, для исследования проб почвы на радиоактивность.