Способ определения направления прилета частиц ионизирующего излучения и устройство для его осуществления

(19 (51 ЗОБРЕТЕН ПАТЕНТ ВЛЕНИЯ О ИЗЛУ- ЩЕСТВстроении. действия детект- идинатнщенных в роизводят местно с детектора М сР Р Комитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(6) Радаев Николай Николаевич(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАПРИЛЕТА ЧАСТИЦ ИОНИЗИРУЮЩЕГЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЛЕНИЯ(57) Использование: в ядерном приборЦепь - повышение точности и бытроСущность изобретения: в качестве блокрования используют два двумерных коочувствительных детектора ЩКЧЧЩ, помгерметичный вакуумированный корпус,сканирование блока детектирования соэкраном, при попадании частицы на оба производят измерение координат Х и У точек пересечения каждой частицы первого и второго по направлению ее распространения детектеров и вычисление азимута и угла места направления прилета по формулам Х агссов У / б и2 2 к=атссов(Х.-Х )/д = агссов Д=агссов(У -У )/о / д,г г где б= ( Х -Х ) +У -У ) +1, - расстояние меж 2 2 22 1 2 1 ду детекторами. Устройство, реализующее указанный способ содержит блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, а входы - с выходами детекторов, соединенными также с входами блока вычисления азимута и угла места. 1 зпф-лы, 3 ил, 2003135Изобретение относится к ядерному приборостроению и может быть использовано для регистрации пространственно-углового распределения ионизирующего излучения(ИИ) и определения направления на исто сник излученич,Известен способ регистрации пространственно-утлового распределения излучений, основанный на использовании известной угловой зависимости эффективности регистрации детектирующего элемента и его сканирования до достижения максимума скорости счета 1),Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения направления прилета частиц, заклю внощийся о коллимирооании потока частиц окном в экране и его сканировании до достикения максимума скорости счета детектора излучения (21. Устройство для реализации данного способа содерклт сферический экран с щелью и детектор излучения, размещенный в центре сферического экрана, Сканирование осуществляется с помощью шарнирного механизма, имеющего две опорные оси, по положению которых о момент достижения максимума скорости счета определяют направление прилета,Недостатками известных способов являются низкие точность и быстродействие.Задачей изобретения является повышение точности и быстродействия, В результате осуществления изобретения повышаются точность определения направления и быстродействие за счет вычисления направления прилета частиц ИИ по измеренным координатам точек их входа и выхода из блока детектирования (БД) с экраном,Для решения указанной задачи в способе определения направления прилета частиц ИИ с помощью блока детектирования путем сканирования экрана используют в качестве блока детектирования доа двумерных координатно-чувствительных детектора; помещенных в вакуум, блок детектирования сканиру 1 от совместно с экраном, при попадании частицы на оба детектора измеряют координаты х 1, у 1 и х 2, у 2 ее точек пересечения первого и второго по направлению распространения детекторов, вычисляют азимут и угол места направления прилета по формулам а =(агссоз х -х 1)/б ир =(агссоз ур - у 1)/с,Гдов.= ъ(х 2х) +(у 2 у 1) +- расстояние между детекторами. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В устройство для определения направления прилета частиц ИИ, содержащее блок детектирования с экраном, жестко закрепленным в двухстепенном подвесе, имеющем две взаимно перпендикулярные оси вращения с приводами, введены блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, блок детектирования, содержащий два размещенных в герметичном вакуумированном корпусе параллельно друг другу двумерных координатно-чувствительных детектора; один из которых размещен вплотную к экрану, выполненному в виде теневой защиты с размерами, исключающими возможность пересечения частицей обоих детекторов при противоположных ориентациях блока детектирования относительно направления прилета частиц, выходы детекторов электрически соединены с входами блока вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, двухстепенной подвес выполнен о виде карданова подвеса с внешней и внутренней рамками, внутри последней жестко закреплен блок детектирования с экраном,На чертеже приведена функциональнокинематическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.Устройство для определения направления прилета частиц ИИ содержит блок детектирования (БД) 1, экран 2, карданов подвес с внешней 3 и внутренней 4 рамками, оси вращения которых взаимно перпендикулярны, приводы 5 и б, блок 7 вычисления азимута и угла места, усилительно-преобразующее устройство 8,БД 1 состоит из герметичного вакуумирооанного корпуса 9 и двух двумерных координатно-чувствительных детекторов (ДКЧД) 10 и 11, чувствительные поверхности которых параллельны друг другу, БД 1 размещен вплотную к экрану 2 и жестко закреплен вместе с экраном во внутренней рамке 4 карданова подвеса, оси вращения которого соединены с приводами 5 и б,Расстояниемежду ДКЧД выбирают из условия обеспечения необходимых точности и быстродействия, Для повышения точностиувеличиоают, а для повышения быстродействия - уменьшают. При заданной точности расстояние между ДКЧД выбирают из условия2 ЬБИр, где М - координатное разрешение детектора; Лр - допустимая погрешность определения направления. Выходы ДУЧД 10 и 11 соединены с входами блока 7 вычисления азимутаи угла места, а также усилительно-преобразующего устройства 8, выходы которого соединены с управляющими входами приводоо 5 и 6 по азимуту и по углу места соответственно, 5Устройство работает следующим образом.С помощью привода 5 БД 1 совместно с экраном 2 сканируют по азимуту от 0 до 2 л с шагом Лр -2 агс тц Ь/, где Ь - размер 10 кристалла ДКЧД. Если за интервал времени Т, устанавливаемый в зависимости от ожидаемой плотности потока частиц ИИ, пересечения обоих ДКЧД частицами ИИ не произошло, что определяется по отсутст вию сигнала на выходе хотя бы од ого иэ ДКЧД, то усилительно-преобразующее устройство 8 оырабатывает управляющий сигнал на привод 5, поворачивающий внутреннюю рамку 4 карданова подоеса на 20 угол Ь р по азимуту.По завершении сканирования БД с экраном по азимуту от О до 27 г БД с экраном с помощью привода 6 поворачивают на угол Лср по углу места, Процесс сканирования 25 продолжается до пересечения частицей обоих ДКЧД 10 и 11. В этом случае инфоомация об измеренных ими координатах точек пересечения х 1, у 1 и х 2, у 2 поступает о . блок 7 для вычисления азимута и угла места 30 направления прилета. В дальнейшем по множеству направлений прилета частиц ИИ определяется их пространственно-угловое распределение, а путем усреднения - направление прилета. 35Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества,Повышение точности определения направления прилета частиц ИИ эа счет ис пользооания не частоты их регистрации или интенсивности отклика, а измеренных с высокой точностью пространственных коордйнат двух точек, причем за счет уоеличения расстояния между ДКЧД и создания между 45 ними вакуума может быть достигнута сколь угодно высокая точность, ограничиваемая только массовыми затратами и быстродействием.2. Благодаря увеличению относительной площади коллимирующего окна повышается быстродействие, а связанное с этим уменьшение размеров экрана позволяет снизить его массу.Сравним точность определения направления прилета протона с энергией 400 МэВ при использовании в качестве материала экрана свинца, Длина релаксации протона в этом случае составляет 0,132 м,Угловое разрешение для прототипа определяется по формуле ЛЪ = агс тд Ь/й, где Ь - ширина щели; й - радиус сферического экрана, При Я = 0,132 м и Ь = 5 10 м получим Ь уъ = 3,8 10 2 рад.Для предлагаемого устройства /Лр 2 = =2 агс сц Л Я/, где Л Я - координатное разрешение ДКД, При ЛЯ = 7 мкм и= =В получим Луг = 1,06 10 рад, т.е. точ-аность определения направления повышается в 360 раз.Сравним быстродействие предлагаемого устройства и прототипа, используя в качестве показателя математическое ожидание числа шагов сканирования УК. Предположим, что ориентация устройства перед началом работы относительно направления прилета распределена по равномерному закону. Тогда максимальное число шагов сканирования, необходимое для рпределения направления, у прототипа раоно Киакс = 2 7 г / Л/Ъ+,7 г/ Ь(Ъ, а их математическое ожидание- МК=ЗК /2 ЛЪ =124,Пусть ДКЧД имеет размер кристалла 70 х 70 мм . Тогда в заявляемом техниче 2ском решении Киакс= 2 Л / ЬР 2 )%Ч =2 =( л /2 агс т 9 Ь/) = 10. Таким образом, быстродействие повышается в 12 раэ.(56) Авторское свидетельство СССР35 оставитель Н.Радаевехред М,Моргентал Корректор В.Петраш эктор Л.Волкова аказ 3233 Тираж Подписное . НПО " Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 10 Произ 7 2003Ф о рмул а из об рете н ия 1. Способ определения направленияприлета частиц ионизирующего излученияс помощью блока детектирования путем,сканирования экрана, отличающийся тем. 5что в качестве блока детектирования используют два двумерных координатно-чувствительных детектора, помещенных ввакуум, блок детектирования сканируютсовместно с экраном, при попадании частицы на оба детектора измеряют координаты Х 1, У 1 и Х 2, У 2 точек пересечения еюпервого и второго по направлению распространения детекторов и вычисляют азимути угол места направления прилета по формуламХ 2 Х 1а = агссозбиР = агссозУ 2-У 1б20где где б= (Х 2-Х 1) +(У 2-У 1) +1- расстояние между детекторами,2. Устройство для определения направления прилета частиц ионизирующего иэлучения, содержащее блок детектирования с экраном, жестко закрепленным в двустепенном подвесе, имеющем две взаимно перпендикулярные оси вращения с приводами, отличающееся тем, что в него введены блок вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующее устройство, блок детектирования содержит два размещенных в герметичном вакуумированном корпусе параллельно друг другу двумерных координатно - чувствительных детектора. один из которых размещен вплотную к эрану, выполненному в виде теневой защиты, а другой расположен от него на рас 2 Ьзстоянии, где Ьз - координатное- рразрешение детектора, а Ь р - требуемая точность определения направления, выходы детекторов электрически соединены с входами блока вычисления азимута и угла места и усилительно-преобразующего устройства, выходы которого соединены с управляющими входами приводов, двустепенной подвес выполнен в виде карданова подвеса с внешней и внутренней рамками, внутри последней жестко закреплены блок детектирования с экраном.