Устройство детектирования излучения

(504 С 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ юков, А Ю.А.Роз в а 0-363,. е амма атом еном тупГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение может быть использовано в атомной физике, дозиметрии, ядерном приборостроении, телевидении, океанологии, экологии, медицине, при исследовании космоса и др. Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в Изобретение относится к технидетектирования рентгеновского иизлучения, элементарных частицных ядер с возможностью одновреной регистрации света в инфракрвидимом или ультрафиолетовом дизонах с определением пространстного распределения ионизирующегсветового излучений, а также сможностью идентификации ионизирго излучения путем определениягни, интенсивности и времени поления регистрируемого излучения гамма и оптическом диапазонах иидентификации излучения от радиоактивных участков путем определенияэнергии, интенсивности и временипоступления излучения от этих участков. Устройство содержит конвертор,входная часть которого выполнена изоптически прозрачного материала,микроканальную пластину и узел регист"рации электронов, состоящий иэ потенциально-запоминающей пластины идатчика для съема сигналов в режимереального времени. Кроме того, имеется блок считывания информации с потенциально-запоминающей пластины сосредством сканирования электронного алуча. Изобретение позволяет регистриеровать изображение объекта в двухдиапазонах, излучение, имеющее низкуюинтенсивность, а также хранить инфор- Смацию в течение нескольких часов.5 з.п.ф-лы 5 ил,Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактнвнымн участками в гамма и оптическом днаназо нах при внешнем освещении несветяще гося объекта и обеспечение возможности идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков. На фиг.1 и фиг.2 изображены конст руктивные варианты предлагаемого уст3 150095 ройстна; на фиг.3 - фиг.5 - примеры выполнения датчика для съема сигналов в режиме реального времени.Устройство (фиг.1) содержит конвертор 1, входная часть которого выполнена из сцинтиллятора 2 - сцинтиллирующего волоконного материала, на котором расположен фотокатод 3, микроканальную пластину (ИКП) 4, узел 5 10 регистрации электронов, состоящий, из потенциально запоминающей пластины 6 и датчика 7 для съема сигналов в режиме реального времени, блок 8 считывания информации со средством 15 сканирования электронного луча, состоящего из электронной пушки 9, считывающей сетки 10 и узла 11 развертки и отклонения,и корпус 12.Съем сигналов с датчика 7 осущеет" 20 вляется с помощью электрического вывода 13 (если датчик состоит из двух и более частей, то каждая из них имеет отдельный вывод).Сцинтиллятор 2 выполнен из апти чески прозрачного материала. Фото- катод может быть расположен между сцинтиллятором и МКП, на входной поверхности МКП, а также на сцинтилляторе (фиг. 1) .30Узел 5 регистрации электронов, кроме своей основной функции по фор 4 мированию йотенциального рельефа и съема сигналов в режиме реального времени, играет роль герметичной перегородки входного (записывающего) и выходного (считывающего) объемов устройства. Эта перегородка защищает чувствительную поверхность потенци. ально запоминающей пластины, дат чика, МКП и фотокатода от отрицательного воздействия считывающего луча. Основной (по площади) частью узла регистрации электронов является потенциально запоминающая пластина, 45 которая должна удовлетворять следующим противоречивым требованиямфбыть достаточно прочной и иметь необходимую для этого толщину;иметь достаточно малую толщину иэ. 50 соображений эффективности считывания с нее зарядов с высоким разрешением по плоскости. Эти противоречия решаются при Раэ 55 работке конкретных. устройств для определенных условий их технического использования. Толщина пластины при ф этом может составить 0,01 - 0,3 мм. Потенциально запоминающая пластина предназначена для накопления, хранения и передачи заряда, образованного при попадании на ее поверхность пучков электронов из каналов МКП, Каждый такой пучок имеет форму сужа" ющегося конуса, имеющего большее основание в месте вылета из канала МКП (диаметр основания конуса соответствует диаметру отдельного каналаМКП и равен 6 - 20 мкм). Пластинадолжна быть установлена вблизи предполагаемой вершины конуса, что позволит иметь диаметр участка накопления .заряда на пластине меньше диаметра отдельного канала МКП. Расстояние между МКП и пластиной рассчитывается и выбирается при разработкеконкретного устройства. Это расстояние можно оценить величиной 3-300 мкм,Пластина выполняется из материала,способного при воздействии пучковэлектронов, образовывать электрический заряд и удерживать его в течении достаточно длительного времени,например, несколько часов, сутки.Пластина может быть выполнена из слюды, стекла, кремния и др, При выполнении пластины из кремния ее рабочаязона может быть подвергнута обработке, после чего поверхность этой эоныбудет представлять собой множествоминиатюрных зарядособирающих элементов. Примером выполнения может бытьпластина кремния толщиной 10 - 25 мкм,на поверхности которой методом лито"графии получают большое колиЧество(до 500 тыс) расположенных рядамиуглублений (2 - 5 мкм), в которыеметодом диффузии наносится фосфор( и - область на р-область кремниевой подложки).Центры полученных зарядособирающихучастков можно совместить с центрамиканалов МКП,Датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени предназначен регистрации излучения для определения энергии, интенсивности, времени поступления входного излучения;регистрации координаты этого излучения;обеспечения возможности одновремен"ного наблюдения изображения объекта иидентификации входного излучения; получения управляющего сигнала для быстрого уменьшения коэффициента уси-,1500955 35 55 пения устройства при его аварийнойзасветке.Датчик 7 выполнен из проводящегоматериала и имеет электрические вы 5воды (по одному на каждый элемент,если датчик многоэлементный) . Каждыйэлемент подключен к отдельному усилительному каналу. Съем электрическихсигналов и параметры усилителя неимеют каких-либо особенностей и описаны в соответствующей литературе.На фиг. 1 изображен датчик 7, состоящий из одного элемента, расположенного в центральной части пластины.Блок 8 считывания информациипредназначен для регистрации зарядового рельефа поверхности пластины спомощью электронной пушки 9, которыйсканирует пластину благодаря наличиюэлектромагнитного узла 11 разверткии отклонения. Сканирование можетосуществляться, например, по принципуформирования телевизионного растра.Сигналы, характеризующие заряд участ ков пластины, могут считываться раз-:личным образом,В устройстве Яиг. 1) считываниесигналов производится с помощьюсчитывающей сетки 10, с вывода 14 ко- З 0торой сигналы передаются на вход усилителя. Электронная пушка 9, состоящая из подогревателя, катода, модулятора, управляющего и фокусирующегоэлектродов, показанных на фиг. 1, неимеет каких-либо особенностей выполнения и описана в соответствующей литературе. Таким образом, блок считывания информации имеет традиционнуюконструкцию и может быть заимствованиз стандартной аппаратуры, например,видикона.Корпус 12, выполненный из вакуумстойкого материала (например, стекла,керамики и др.) не имеет каких-либо 45особенностей и .описан в соответствующей литературе.Устройство (фиг.2), размещенное вкамере-обскуре 15, содержит корпус 12с входной частью, выполненной изсцинтиллирующего материала. На внутренней торцовой поверхности сцинтиллятора 2 расположен фотокатод 3.Сцинтиллятор выполнен из волокон,промежутки между которыми заполненывакуумстойким материалом, обеспечивающим вакуумплотность сцинтиллятора.Для повышения коэффициента усиленияустройства (фиг.2) использована шевронная сборка из двух МКП 4, датчик7 имеет один элемент и электрическийвывод 13, а узел 11 развертки и отклонения - электростатический.Оболочка камеры-обскуры 15 можетбыть выполнена, например, из свинцаили вольфрама и необходима для защитыустройства от ионизирующего излучения, а также для пропускания светового и ионизирующего излучения черезнебольшое отверстие во входной частикамеры на вход сцинтиллятора.Устройство (фиг.2) представляетсобой гамма-визор, который позволяет осуществить одновременное наблюдение (регистрацию иэображения)объекта в диапазоне ионизирующего исветового излучения, К примеру, еслиобъект проявляет себя в диапазонегамма-излучения, условно показанногов виде стрелки 16, а также в видесветового излучения, условно показанного пунктирной стрелкой 17, тоблагодаря использованию камеры-обскуры 15 и линзы 18, установленной вотверстии камеры-обскуры,на входсцинтиллятора 2 от объекта одновременно поступает гамма в излучен 19 исветовое излучение 20. Световое изображение (излучение) 20 объекта будетскорректировано благодаря оптическойлинзе 18. Устройство наиболее эффективно может быть использовано в томслучае, когда необходимо визуальнорассмотреть объект, проявляющий себяв диапазоне ионизирующего излучения,например, при исследовании дефектовзащитного кожуха или рассмотреть излучающий объект с радиоактивными участками при его поиске. Естетственнотребуется внешнее освещение несветящегося объекта,На фиг.3 - фиг,5 изображены варианты выполнения датчика 7 для съемасигналов в режиме реального времени,Датчик для съема сигналов в режимереального времени, изображенный нафиг,3, состоит из трех электрическиизолированных элементов-датчиков 7,снабженных самостоятельными выводами13 и размещенных в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциальнозапоминающей пластины 6.Датчик для съема сигналов в режимереального времени, изображенный нафиг,4, представляет собой небольшойкруг, размещенный в центральной частирабочей зоны пластины.Датчик для съема сигналов в режимереального времени, изображенный нафиг.5, выполнен в виде кольца, расположенного по периметру потенциально 5запоминающей пластины и частично пере"крывающего углы рабочей эоны этойпластины.Различные варианты выполнения датчика для съема сигналов в режиме реального времени обусловлены конкретными требованиями при одновременнойрегистрации изображения объекта иидентификации излучения его радиоактивных участков, а именно: 15датчик фиг,З) эффективен при использовании устройства для регистрации изображения какого-либо объектас фиксированным расположением егорадиоактивных участков, излучение от 20которых направлено на соответствующиеэлементы датчика (в этом случае нетребуется поиск радиоактивных участков объекта, а регистрация изображения и идентификация излучения может 25производиться в любой момент при наличии излучающего поля);датчик фиг.4) эффективен при необходимости поиска радиоактивныхучастков объекта путем перемещения З 0этого датчика так, чтобы он оказалсяв излучающем поле радиоактивногоучастка;датчик (фиг.5) эффективен при необходимости наблюдения изображенияобъекта без затенения этого изображения датчиком, в этом случае излучение на датчик поступает за пределамирабочей зоны потенциально запоминающей пластины),40.Устройство работает следующим об-,разом.Входное излучение поступает наконвертор 1 и преобразуется в пучкиэлектронов, которые умножаются с помощью МКП 4, Далее пучки электроновпоступают на узел 5 регистрацииэлектронов, образуя зарядовый рельефна потенциально запоминающей пластине. Часть пучков электронов попадаютна датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени, с которогопроизводится считывание сигналов навход усилителя. Зарядовый рельеф напластине считывается благодаря средству сканирования электронного лучаи сигнальной сетке, информация с которой поступает (для наглядного представления изображения объекта), например, на видеомонитор. Если датчик 7 расположен в рабочей зоне пластины, то изображение на экране видеомонитора затененс площадкой датчика.Использование предлагаемого устройства (в отличие от известных) дает возможность одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазоне и идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков. Кроме этого, устройство позволяет регистрировать излучение, имеющее низкую интенсивность, что возможно благодаря наличию потенциально запоминающей пластины, накапливающей информацию о координатах и интенсивности входного излучения, и датчика, позволяющего работать в счетном режиме. Благодаря вышеописанным свойствам потенциально запоминающей пластины в устройстве может храниться полученная информация в течение нескольких часов, что дает возможность разделить по времени процессы записи и считывания, а также снизить потребление устройством энергии, производя в необходимых случаях (например, в бортовой аппаратуре) только запись информации, отключив при этом блок считывания информации. о 1Выходные электрические сигналы, получаемые с помощью блока считывания информации, не требуют последующей сложной обработки (типа операции взвешивания) или записи и последующего считывания из памяти большого количества информации, Выходные сигналы без всякой математической обработки могут быть выведены на экран видеомонитора. Эти сигналы содержат информацию о координатах поля изображения с разрешением по полю, определяемым диаметром отдельного канала МКЦ. Выходные сигналы поступающие из устройства"прототипа требуют сложной аппаратуры и обработки для того, чтобы достичь указанное разрешение.Использование сцинтиллятора в качестве входной части конвертора расширяет энергетический диапазон регистрации излучения в сторону мягкой области.Формула изобретения1, Устройство детектирования излучениясодержащее расположенные в корпусе последовательно в направлении входного излучения конвертор, микроканальную пластину (МКП) и узел регистрации электронов, выполненный в виде датчика для съема сигналов в режиме реального времени, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазонах при внешнем освещении несветящегося объекта и обеспечения возможности идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков, входная часть конвертора, расположенная со стороны регистрируемого излучения, выполнена из оптически прозрачного материала, узел регистрации электронов дополнительно содержит потенциально запоминающую пластину и блок считывания с нее информации со средством сканирования электронного луча, датчик узла регистрации электронов размещен в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциально запоминающей пластины, которая установлена за МКП и герметично отделяет конвертор, МКП и датчик от блока считыванияинформации.. 2. Устройство по и.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что входная 5часть конвертора выполнена из сцинтиллирующего материала, выбранного изгруппы В 14 Сезоы,Вау 2,МР 1.3. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, чтовходнаячасть конвертора выполнена из несцинтиллирующего материала, выбранного изгруппы: стекло, кварц, световолокно.4 Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что датчик длясъема сигналов в режиме реальноговремени выполнен в виде элементов,расположенных в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциальнозапоминающей пластины, электрическиизолированных друг от друга и снабженных самостоятельными выводами.3. Устройство по п.4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что датчик для 25съема сигналов в режиме реальноговремени расположен в центральной части потенциально запоминающей пластиныи имеет форму круга, площадь которого значительно меньше площади потенциально запоминающей пластины.6Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что датчик расположен по периметру потенциальнозапоминающей пластины,1500955 Составитель В.ДрыгинТехред. Л.Олийнык Коррект орисо дактор А,Ре ирак 484 Подпис Производственноиздательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 1 аказ 48 б 1/40НИИПИ Государственного113035,комитета по изобрете Москва, Ж, Раушск м и открытиям прн ГКНТ СССРнаб., д. 4/5