Сцинтилляционный спектрометр гамма-излучения

(9) (П) (504( 01 Т ПР 1 г Щ 3 ЫА ТЕНИ АВТОР нои зическиинерио-щизиастироало ных детекторовска и анализе также позволя от нии вспл ыделого време рофиля, направл н а-излуче стне. Це ние на источ ельной обраб ных детектор делят ка за налов ик нсппес э счет ра и сигилости чувстнит о л пон тив ОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт космических исследонаний АН СССР, Ереванский Аиинститут и Московский инлеческий институт(56) Андреев О.Н. и др. Наблюдения космических гамма-всплесков в эксперименте "Конус" на АМС "Венеран и "Венера". - Космические исследования, 1983, т.21, вып.3, с480.Вгар 1 ен М. Тпе Е 1 есггопдс зузещн гог где Сапипа гау ехрегдшепй Гог где зо 1 аг шах 1 пвш шинноп. - 1 ЕЕЕ, ЯЯ - 27, 1980, В 1, р.381.(54) СЦИНТИШ(ЯЦИОННЫИ СПЕКТРОМЕТГЛ 1 ФА-И 33 УЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к облядерной Физики, а именно к спектметрии радиационного излучения,может быть использовано для иссл вания нсплесков гаммкосмическом прострретения - повышениэа счет увеличения стн для регистрации гамма-иэлучени уменьшения фона гамма-излучения. В устройство, содержащее блок детектирования, состоящий из выполненных в виде кристаллов из неорганического сцинтиллятора ш детекторов гамма-излучения и двух охранных детекторон с соответствующим числом находящихся с ними в оптическом контакте фотоэлектрических преобразователей, щ блоков антисонпадений, первый щ-вхо довый элемент ИЛИ, временной анализатор, нсплесконую ячейку, триггер, счетчик импульсов, амплитудный анализатор, регистрирующий блок и щ+1 дискриминаторов, ннедены второй и третий ш-входовые элементы ИЛИ, щСчетчиков импульсон и щ-нходоный мажоритарный блок совпадений, а щ= =(6 2 -5) детекторов гамма-излучения (и - натуральное число) выполнены в виде плотно соприкасающихся гранями шестигранных призм, закрепленных в едином светоэащитном корпусе, чтс) увеличивает активную поверхность для регистрации гаммаиэлучения за счет суммирования сиг 1392522Изобретение относится к ядерной физике, а именно к спектрометрии гамма-излучения, и может быть испопьэовано для исследования вспле ков гамма-излучения в космическом прострацстве. 1 ель изобретения - повлниение чувствительцости за счет увеличения активной поверхности для регистрации 10 гамма-излучеция и уменьшения Лонового излучения,На Аиг.1 представлен схематически блок детектирования; ца Лиг,2 - то же, вид сверху; на Лиг.3 - Лункциональцая схема сцинтилляциоцного 15 40 спектрометра гамма-излучения; цафиг,4 - схема, поясняющая метод определения направления прихода плоского Лроцтд гамма-излучения с использованием аццзотропной угловойчувствительцосги,Влок детектирования (Лиг.1) спектрометра (для случая семи детектоиров) содержит (б 2 -5) детекторов 1 25из неорганического сцинтиллятора наоснове Свс(Те) в ниде лестигранныхпризм (Лиг,2) с отношением длиныграни к высоте 0,7, охранный детектор 2 в виде колпака иэ пластического 30сцицтиллятора толщиной 10 мм, влдгозащитный корпус 3, в котором размещены детекторы 1, основание 4, к которому крепятся охранный детектор 2и охранцый детектор 5 из пластичес 35кого сцинтиллятора толщиной 15 мм,и Лотоэлектрические преобразователи6 в виде Лотоумножителей ФЗУ,прикрепленные через стеклянные пластины 7 к детекторам 1, Для случаяиспользования соответственно 19,п43.(6 2 -5) детекторов конструкция блока детектирования аналогична.Зазор между детекторами (шириной-2 мм) и между детекторами и влаго 45защитным корпусом 3 эдполцец непрозрачным цаполцителем, Влдгоздлитнлгйкорпус 3 выполнен цэ легкого сплавас толщиной стецс к, позволяющей регистрироватьдммд-излучение с эцер 50гней более 50 кэВ, Охранные детекторы 2 и 5 просматриваются восемьюфотоэлектрическими преобразователямив виде Лотоумцожцтс.лей типа ЖУ каждый (не покдздцл, Такдя конструкция блока дс.тектировация обеспе 55чивает (как и в известном устро 1 п тве)защиту от здряжццых частиц в гелесцом уГпс В гок электроники сцектрометра со 1 7 держит (Лиг,3,) дискриминаторы 8 -81 7 дискриминатор 9, блоки 10 - 10 , анти- совпадений, мажоритарный блок 11 совпадений, элементы ИЛИ 12 - 14,временной анализатор 15, всплесковую ячейку 16, амплитудный анализатор 17,7 триггер 18, счетчики 19 - 19 импульсов и регистрирующий блок (не обозначен).Выходы Лотоэлектрических преобразователей б детекторов 1 подключены через соответствующие дискриминаторы 8 к прямым входам блоков 10 антисовпадений, входы запрета которых соединены с одним входом элемента ИЛИ 13 и с выходом дискриминатора 9, подсоединенного входом к выходам Лото- электронных преобразователей охранных детекторов 2 и 5, Выходы блоков 10 антисовпадений подключены к счетным входам счетчиков 19 импульсов, к соответствующим входам элементов ИЛИ 12 и 13 и к соответствующим входам мажоритарного блока 11 совпадений, выход которого соединен с одним входом регистрирующего блока. Выход элемента ИЛИ 12 подсоединен через временной анализатор 15 к другому входу регистрирующего блока и через всплесковуи ячейку 16 и инЛормативцаму входу триггера 18, подключенного входом сброса к выходу элемента ИЛИ 14 и выходом к входам обнуления счетчиков 19 импульсов, циЛровые выходы которых подсоединены к третьей группе входов регистрирующего блока, а выходы переполнения подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ 14, Выход элемента ИЛИ 13 соединен с входом запрета амплитудного анализатора 17, подключенного выходами к четвертой группе входов регистрирующего блока и инЛормационными входами к выходу Лотоэлектрического преобразователя 6 центрального детектора 1,Фиг.4 иллюстрирует метод определения направления прихода плоского фронта гамма-излучения с использованием ацизотропной угловой чувствительности, обеспечиваемой взаимным затенением призм, Рассмотрим плоский Фронт гамма-излучения, падающий нд рядом находящиеся детекторы 1 и 1 под углом 8 к вертикальной оси Х.1 усть аэим) тальцый угол сос;тавляето90 с осью Х (Лиг,2), 11 иринд одногокристалла 1 ( по оси У) равна О высота равнаТогда, учггтыная, что линейный коэффициент поглощения гамма-излучения в детекторе 1 равен р(Е) для энергии гамма-квантов Е, можно получить отношение числа отсчетов в де 2текторах 1 и 1 в следующем виде: О(1) и1+ а+ Е(а ")и 9Э где с 1, = аРгсояд 5 функция Р (Ы,) характеризуетстепень поглощения гамма-излучения1 2в детекторах 1 и 1 . Для практичес-,ки важного случая, когдат 1,20получим 9 = агсс 8-- ( --- 1) рад, (3) 35а игг иУ Оценка погрешности определенияугла а/Ь бя -----Г а иа 1 1+- -(- - 1) Ь и, х -- х иа 40 и,(4)45 рад. При удельном энерговыделении во-6 2 всплеске в диапазоне (20-2), 10 эрг/см и площади основания одного кристалла ъ 70 см получим 5=1-3 град.Я50Сцинтилляционный спектрометр гамма-излучения работает следующим образом.Гамма-квант взаимодействует с одним из детекторов,1 (фиг.1), образуя световую вспышку, которая преобразуется в электрический импульс-сдлительностью около 10 с соответствующим фотоэлектрическим преобразоис Ь 2 ядидя---- ; . (2)и, а р(Е) а25Ь(Е) - 4 для Е = 150 кэВ и р 4(Е) ) 1 О для Е 100 кэВ для детекторов 1 из Ся 1(Те).Таким образом, при а = 9 см завиисимость = г (0) определяется в 30идиапазоне энергий 50-150 кэВ вторым членом в формуле (2).Угол 0 определяют по формуле нателем 6. 11 ри этом гамма-квант невзаимодействует с пластическим сцитиллятором охранных детекторов 2 и5. Импульсы с выходов фотозлектрических преобразователей 6, соответствующих детекторам 1, формируются дискриминаторами 8 (фиг.З), 11 ри прохождении через охранные детекторы 2 и 5заряженной частицы импульс, возникающий на выходе фотоэлектрических преобразователей охранных детекторов 2и 5, формируется дискриминатором 9и далее поступает на входы запретаблоков 1 О антисовпадений, Таким образом, спектрометр принципиальнорегистрирует только нейтральные частицы, что уменьшает фон. Импульсыс выходов блоков 10 антисонпадений,возникшие при попадании гамма-квантов в детекторе 1, поступают на входымажоритарного блока 11 совпадений,имеющего кратность совпадений, равную,например, пяти. Это означает, что припоступлении импульсов на любые пятьего входов из семи имеющихся блок11 совпадений на выходе дает импульс,который далее поступает на регистрирующий блок. Если установить времяразрешения мажоритарного блока 11-ссовпадений равным, например 10 с,то гамма-кванты, попавшие в пределахэтого времени в любые пять детекторов иэ семи, будут зарегистрированы,Таким образом, можно регистрироватьвсплески гамма-излучения, сравнимыепо длительности с временем высвечии свания сцинтиллятора ( 10 с). Импульсы с выходов блоков 10 антисовпадений поступают также на входыэлемента ИЛИ 12 и на счетные входысчетчиков 19 импульсов. Выход элемента Ю 1 И 12 соединен с входами временного анализатора 15 и всплесковойячейки 1 Ь, которая при наличии статистически значимого возрастания интенсивности гамма-квантов через триггер 18 запускает счетчики 19 импульсов, 11 ри переполнении одного иэ счет.чиков 19 импульсов все счетчики импульсов останавливаются, так как выходы переполнения счетчиков 19 черезэлемент ИПИ 14 соединены со входомсброса триггера 18. Таким образом,с выходов счетчиков 19 на регистрирующий блок записываетс я ииформя -ция о количестве гамма -квантов,попавших на каждый из семи криг -таллов 1, Используя формулу (3), можно определить направление прихода плоского Фронта гамма-излучения (даннаяформула записана для зенитного угла,аналогично можно получить Формулуи для азимутального угла),Импульсы с выходов блоков 1 О антисовпадений, относящихся к перифеа врийным детекторам 1 - 1 , и дискриминатора 9, относящегося к охраннымдетекторам 2 и 5, через элемент ИПИ 13поступают на вход запрета амплитудного анализатора 17. Импульсы с выхода Фотоэлектрического преобразователя 8 , связанного с центральнымкристаллом 1, поступают на информационный вход амплитудного анализатора 1/, который осуществляет преобразование амплитуды этих импульСов 20в цифровой код, Информация с выходаамплитудного анализатора 17 поступает на регистрирующий блок, Испольэование периферийных детекторов 11 в качестве защитных антисовпадевний для центрального детектора 1улучшает спектрометрические харак(теристики центрального детектора 1так как улучшается энергетическоеразрешение посредством запрета событий, в которых часть энергии гаммакванта передается в периферийные детекторы 1 - 1 , а также уменьшаетсяа вФон бокового гамма-излучения, Длялслучая (6 2 -5) призм, где и - на 35туральное число, вместо центральногодетектора 1 используются просуммированные на линейном сумматоре сигналы с выходов Фотоэлектрических пре,лобразователей, просматривающих (3 2 - 405 ) центральных детекторов 1, вместовпериферийных кристаллов 1 - 1 используются 3 2 периферийных детекторов.Использование изобретения обеспе чивает повышение чувствительности спектрометра эа счет увеличения активной площади для регистрации гамма- излучения путем наращивания количества детекторов, виполненных в виде шестигранних призм нз неорганического50 сцинтиллятора. Достижимая чувстви.етельность измерений равна 3 102 эрг/см (для вспле 55сков с длительностью 1), где 8 щадь торцовой поверхности одного2детектора, см ; Т - длительность всплеска, с; п - натуральное число,Раздельная обработка сигналов от оптически несопряженных детекторов позволяет выделять всплески гамма-излучения, сравнимые по длительности свременем высвечивания сцинтиллятораПлотная упаковка оптически не сопряженных детекторов позволяет определять направление прихода плоскогофронта гамма-излучения эа счет взаимного зкранирования детекторов, приэтом исключается необходимость применения пассивного экранирующеговещества для получения анизотропнойугловой чувствительности,Кроме того, использование изобретения позволяет обеспечить компактность и технологичность конструкции,Формула и э о б р е т е н и яСцинтилляционный спектрометр гамма-излучения, содержащий блок детектирования, состоящий из выполненных в виде кристаллов иэ неорганического сцинтиллятора ш детекторов гамма-излучения и двух охранньи детекторов с соответствующим числом находящихся сними в оптическом контакте Фотоэлектронных преобразователей, ш блоков антисовпадений, первый ш-входовый элемент ИЛИ, временной анализатор, 1всплесковую ячейку, триггер, счетчик импульсов, амплитудный анализа" тор, регистрирующий блок и ш+1 дискриминаторов, ш иэ которых подключены входами к выходам соответствующих фотоэлектронных преобразователей детекторов гамма-излучения и выходами к информативным входам соответствующих блоков антисовпадений и (шФ 1)-й иэ которых подсоединен входом к выходам охранных детекторов, выходы блоков антисовпадений соединены с соответствующими входами первого ш-входового элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу всплесковой ячейки и через временной анализатор к первому входу регистрирующего блока,соединенного вторым входом с выходом амплитудного анализатора, о тл и ч а ю г и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности за счет увеличений активной поверхности для регистрации гамма-излучения и уменьшения Фонового излучения, в него введены второй и третий ш-входовие1 192) 22 криминатора,Фиг.1 У элементы 11 ИИ, щсчетчиков имцульсон и щ-вхолоный мажоритарный блок совпадений, а т=(6 2 " - 5) детекторов гамма-излучения (и - натуральное5 число) выполнены в виде плотно ссприкасающихся гранями юестиграццыхпризм, закрепленных в едином светозащитном корпусе, мажоритарный блоксовпадений подключен выходом к тре Отьему входу регистрирующего блока ивходами к выходам соответствующихблоков антисовпадений и счетным входам соответствующих счетчиков импульсов, которые подключены выходами кчетвертой группе входон регистрируюшего блока, входами обнуления - квыходу триггера, а выходами переполцеция - к соответствуюсим входамвторого щ-входового элемецта И 11 И,соединенного выходом с входом сбросатриггера, ицдюрмадиоцный вход кото -рого подсоединен к выходу всплесковой ячейки, фотоэлектронный преобраэователь центрального детектора гамма-нзлучения подключен к информационному входу амплитудного анализатора, вход запрета которого соединенс выходом третьего щ-входового элемента й 1 И, подсоедиценного первыми(и)-входами к выходам блоков антисовпадений, соответствующих периферийным детекторам гамма-излучения,и щ-и входом к выходу (щ+1)-го дис1392522 В.Костю оставите едактор А.Огар ва Корректор ош хред Л.С аказ 1888/5 4/ оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Рп алеюлчнм Тираж 522 ВИИПИ Государственн по делам изобретен 3035, Москва, Ж, РПодписнкомитета ССи открытийская наб., д