Детектор излучения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 6750 А 01 3 31/5 5)5 ОПИСАК ПАТЕНТУ ИЗОБР Т И 1юл. %31 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(72) Герардус Ван Аллер (й)(57) Использование: детектор излучения дляэлементарных частиц. Сущность изобретеИзобретение относится к детектору излучения, в частности для элементарных частиц, содержащему входной экран для преоб раэования подлежащего измерению излучения в фотоэлектроны, и электронно- оптическую систему для ускорения фото- электронов к выходному экрану,Детектор излучения этого рода известен иэ патента США 4.213,055, В немдетектор излучения в виде усилительной трубки для рентгеновских изображений содержит входной экран, снабженный металлическим кронштейном и имеющий люминесцентный материал и фотокатод. В трубке этого рода несущий иэображение поток фотоэлектронов отображается на выходном экране, покрытом слоем . люминофора для преобразования фотоэлектронов в свет. ния: детектор излучения содержит входной экран с фотокатодом, электронно-оптическую систему и выходной экран, который служит входом в детектор фотоэлектронов. За счет. формы поверхности фотокатода и геометрии и распределения потенциалов электродов электронно-оптической системы трубка усиления рентгеновских иэображений оптимизирована для уменьшения разброса времени пролета фотоэлектронов от поверхности фотокатода до детектора фотоэлектронов. Детектор фотоэлектронов, на котором в этом случае не нужно формировать изображение. имеет, например, сравнительно малую входную поверхность ,и расположен в точке пересечения фото- электронов или вблизи нее. 5 з.п. ф-лы, 1 ил. Электронно-оптическая система в трубке этого рода выполнена с возможностью формирования оптимального иэображения несущего изображение потока фотоэлектронов на выходном экране. фьДля обнаружения излучения, например, ф 4 вызываемого мюонами, нейтрино и т.п., не (Я важно, что изображение формируется по- С) средством фотоэлектронов, Однако очень важно, чтобы можно было обнаруживать отдельные кванты излучения. Требование, которое накладывается на.детектор в этом отношении, заключается в том, чтобы время пролета фотоэлектронов должно быть в высшей степени одинаковым для всей поверхности входного экранаЦелью изобретения, среди прочего, является выполнение этого требования: чтобы достичь этого, детекторизлучения по изобретению отличается тем,что кривизна поверхности фотокатодаи/или геометрия электронно-оптическойсистемы оптимизированы так, чтобы достичь практически одинаковой напряженности поля по поверхности фотокатода.Так как в детекторе по изобретению,основанном на трубке усиления изображения, качество иэображения может быть снижено для достижения однородностинапряженности поля за счет приспособленной геометрии экрана и:электродов, раз, брос времени пролета фотоэлектронов,нормально измеряемый примерно 10 наносекундами, снижается до примерно 1 наносекунды,По первому способу достижения этойцели, рассчитывают оптимальную конфигурацию электродов и распределение потенциалов для максимально однороднойнапряженности поля по всему фотокатоду вмодели, основанной на реалистично приспособленной форме входного экрана, который в.данном случае предпочтительноосаждается прямо на стеклянное входноеокно. По еще одному способу, основанномуна реальной электронно-оптической системе, например, для желательной основнойформы и приемлемых потенциалов, рассчитывают кривизну входного экрана. для которой напряженность поля по экрануопять-таки оптимально одинакова, Равномерность может быть далее повышена методом итерации между результатамипо обоимспособам,Для уменьшения влияния начальнойскорости фотоэлектронов и разброса углових выхода, напряженность поля на фотокатоде должна быть сравнительно высокой.Это также может быть реализовано посредством выбора формы и потенциалов электронно-оптической системы,В предпочтительном исполнении разброс скорости выхода фотоэлектроновуменьшен за счет оборудования входногоэкрана фильтром выбора длины волны. Содной стороны длины волн могут таким образом быть выбраны из спектра излучения,подлежащего детектированию (обнаружению, тогда как, с другой стороны, можноуменьшить разброс начальной энергии освобожденных фотоэлектронов. Для уменьшения фонового излучения от радиоактивного затухания в материалах конструкции детектора, например, в стекле детекторной трубки, дальнейшее предпочтительное исполнение изготовлено максимально возможным образом из металла, входное окно и выходное окно состоят соот ветственно из низкоториевого и низкоуранового стекла,Для уменьшения суммарного временипролета между моментом выхода фотоэлек 5 тронов и обнаружением электронного импульса, полученного таким образом,исполнение входного экрана используетсямалоинерционный люминофор тира р 47.Следует отметить, что патент США10 4.564,753 описывает детектор излучения,служащий для реализации большой апертуры обнаружения и малого времени обнаружения. Однородность времени пролета тамявляется требованием второго порядка важ 15 ности.На чертеже показан детектор излучения.Детектор излучения по изобретению,имеет цилиндрическую стенку 2, причем.20 стенка выполнейа из металла и содержитконическую часть Нэгед 4, входной фланец 6 и конец 8. На входной стороне находится 253035405055 входное окно 10, предпочтительно из стекла или другого материала. прозрачного для излучения, подлежащего обнаружению, или кизлучению, возникающему под действием указанного излучения в преобразовательном слое, который предусмотрен на внешней стороне входного окна, и который непоказан, Нэ внутренней стороне входного окна размещен преобразовательный слой 12 и фотокатод 14. Как уже было сказано, преобразовательный слой 12 может альтернативно размещаться и снаружи, с другойстороны окна 10. На выходной стороне детектор закрыт детекторным элементом 16, например, фотоумножителем с фотокатодом 18, расположенным на окне 20, на передней стороне которого находится слойлюминофора 22. Детекторный элемент, однако, альтернативно может быть образован матрицей фотодетекторов, или одним фотодетектором, или матрицей детекторов электронов, или одним детектором электронов,так как формирование изображения не является целью, входная плоскость детекторного элемента может располагаться в области перекрещивания 24 пучка фото- электронов 26. Чтобы избежать геометрических разностей во времени пролета в случае сравнительно большого входного сечения детекторного элемента, может быть выгодным выполнить это входное сечение практически сферическим, причем центр кривизныдолжен совпадать с перекрещиванием 24. Вслучае прямого детектора электронов, может быть выгодным сначала зэмедлить,фотоэлектроны, например, посредствомдобавочного электрода, тэк что детектор электронов может былть чувствительным ксравнительно медленным электронам. Замедление фотоэлектронов дает большее время пролета, но не обязательно приводит к большему разбросу времен пролета. если конфигурация электродов выбрана пра вильно, и в то же время можно поддерживать достаточно высокую напряженность поля на поверхности фотокатода.Слой люминофора 22 предпочтительно состоит из люминофора с малым временем 10 послесвечения, как люминесцентный материал, содержащий иттрий, раскрытый в патенте США 4.564.753, так что можно иметь высокую частоту счета для квантов излучения, подлежащих обнаружению. 15 Формула изобретения1, Детектор излучения, содержащий входной экран. снабженный фотокатодом для преобразования излучения, подлежа щего измерению, в фотоэлектроны, выходной экран и электронно-оптическую систему для ускорения фотоэлектронов к выходному экрану, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности обнару жения за счет уменьшения разницы времени пролета фотоэлектронов по всей поверхности фотокатода до выходного экрана. кривизна поверхности.фотокатора и геометрия электронно-оптической системы 30 оптимизированы для достижения практически однородной напряженности поля по поверхности фотокатода.2. Детектор по и, 1. о т л и ч а ю щ и й с я тем, что геометрия электродов и распределение потенциалов оптимизированы для установления сравнительно высокой напряженности поля по всей поверхности фотокатода.З.Детектор поп.1 или 2,отл ича ющи й с я тем, что входной экран содержит люминесцентный слой, расположенный на внутренней или наружной стороне входного окна ц служащий для преобразования излучения, подлежащего обнаружению, в излучение, к которому чувствителен фотокатод.4. Детектор по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ ий с я тем. что входной экран содержит фильтр, чувствительный к длине волны фотонов, выработанных в люминесцентном слое и идущих к фотокатоду,5. Детектор по пп, 1-4, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что для обнаружения электронов входная поверхность детектора фотоэлектронов расположена в или рядом с точкой пересечения фотоэлектронов.6, Детектор по пп, 1 - 5, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что детектор фотоэлектронов выполнен в виде одиночноо полупроводникового детектора.