Патент на изобретение №2309398

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(57) Реферат:

Использование: для неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами. Сущность: заключается в том, что преобразователь ионизирующего излучения содержит спектросмещающие элементы в виде лент, слой порошкового люминофора, нанесенный на поверхность ленты или введенный в ее состав, при этом лента покрыта светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции материала ленты для транспортировки света на концы ленты за счет полного внутреннего отражения света, кроме этого, преобразователь ионизирующего излучения содержит оптоволокно для переноса света к фотоприемному устройству. Технический результат: повышение пространственного разрешения, одновременная регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей, повышение эффективности регистрации за счет протяженности детектора в направлении падающего излучения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами и может быть использовано для их дефектоскопии в производственных и полевых условиях, а также для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах и т.д.

Преобразователь может быть использован в виде моноблока, а также в виде сборки. Такая сборка позволяет получить и изучить двухмерное распределение интенсивности ионизирующего излучения. Может использоваться в двухкоординатных детекторах, в частности, для целей радиографии.

Известен сцинтиллирующий модуль, собранный из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Патент США №4942302, МПК: G01Т 3/06, 1990.

Данный сцинтиллирующий модуль требует сложную систему считывания информации и имеет низкую эффективность.

Известен сцинтиллирующий модуль, собранный из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Торцы волокон расположены в плоскостях граней волоконного параллелепипеда, образуемого слоями волокон. Диаметр волокон равен половине длины свободного пробега протона отдачи в материале волокна.

Патент Российской Федерации №2119178, МПК: G01Т 3/06, 1998.

Известный сцинтиллирующий модуль имеет сравнительно низкую эффективность, низкое пространственное разрешение, предназначен для регистрации только быстрых нейтронов, в частности одиночных.

Известен преобразователь ионизирующего излучения, выполненный из набора пластин, каждая из которых представляет собой смесь водородосодержащего вещества, запоминающего энергонакапливающего люминофора и дополнительного порошкового люминофора.

Патент Российской Федерации №2189031, G01N 23/04, G01Т 1/16, 2002. Прототип.

Недостатком прототипа является сложность системы считывания полученной информации, ограниченность регистрации ионизирующего излучения, большие габариты из-за наличия свинцовых экранов.

Данное изобретение устраняет недостатки и аналогов, и прототипа.

Техническим результатом изобретения является повышение пространственного разрешения, расширение функциональных возможностей экрана, одновременная регистрация различных видов проникающего излучения: быстрых нейтронов, и/или тепловых нейтронов, и/или рентгеновских и гамма-лучей, повышение эффективности регистрации за счет протяженности детектора в направлении падающего излучения.

Технический результат достигается тем, что преобразователь ионизирующего излучения, выполненный из плоских элементов, причем, по крайней мере, один из них выполнен в виде слоя порошкового люминофора, содержит спектросмещающие элементы в виде лент и оптоволокно, на концах которого установлены фотоприемники, слой порошкового люминофора нанесен на поверхность одной из лент или введен в ее состав. Светосостав порошкового люминофора и материал спектросмещающего элемента выбраны из условий перекрытия спектра возбуждения спектросмещающего элемента и спектра эмиссии люминофора. Слой порошкового люминофора введен в состав ленты спектросмещающего элемента, при этом концентрация люминофора в ленте и ее толщина выбраны из условий перехвата более 30% света при прохождении возбуждающим светом пути, равного толщине ленты.

Слой порошкового люминофора для регистрации тепловых нейтронов выполнен из светосостава ⁶LiFZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂Tb, или ¹⁰BZnS:Ag.

Слой порошкового люминофора для регистрации рентгеновского и гамма-излучений выполнен из светосостава ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb.

Слой порошкового люминофора для регистрации быстрых нейтронов выполнен из светосостава ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb с водородосодержащим веществом с объемным содержанием светосостава не менее 5% и не более 14%. Спектросмещающие элементы расположены с четырех сторон порошкового слоя люминофора. Спектросмещающие элементы покрыты отражающим свет материалом. Оптоволокно покрыто отражающим свет материалом.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где:

1 – порошковый люминофор в виде светосоставов: ⁶LiFZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂Tb, или ¹⁰BZnS:Ag; ZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb; ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb в смеси с водородосодержащим веществом;

2 – спектросмещающие элементы в виде лент, 3 – оптоволокна.

Эффективность экрана-преобразователя определяется протяженностью, а пространственное разрешение – поперечным сечением его чувствительного элемента.

Устройство работает следующим образом.

Быстрые нейтроны в спектросмещающей ленте 2 вызывают протоны отдачи. Возникающий протон отдачи при прохождении через порошковый люминофор 1 возбуждает сцинтилляционное свечение, которое распространяется во все стороны. Для собирания света и служат спектросмещающие элементы в виде лент 2.

Спектросмещающие ленты 2 поглощает около 80% падающих на них фотонов первичного излучения и излучают фотоны меньшей энергии, которые распространяются по ним к торцам. Оптоволокно 3 служит для переноса света к фотоприемному устройству.

Как уже отмечалось, светосостав люминофора и материал спектросмещающего элемента выбираются из условия перекрытия спектра возбуждения спектросмещающего элемента и спектра эмиссии порошкового люминофора.

Лента спектросмещающего элемента покрыта светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции материала ленты. Транспортировка света на концы ленты осуществляется за счет полного внутреннего отражения света от отражающей оболочки.

В качестве фотоприемного устройства для отдельного элемента может использоваться фотодиод, а для экрана-преобразователя – ПЗС-матрица.

Для регистрации тепловых нейтронов между пластинами 2 расположены стандартные светосоставы: ⁶LiFZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag.

В случае использования светосостава ⁶LiFZnS:Ag ядро изотопа лития захватывает тепловой нейтрон и излучает тритон, и альфа-частицы, которые и вызывают сцинтилляционное свечение сульфида цинка.

В случае использования светосостава Gd₂O₂S:Tb или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb ядро ¹⁵⁷Gd захватывает нейтрон и излучает конверсионный электрон, который возбуждает сцинтилляционное свечение в светосоставе.

Для регистрации рентгеновских и гамма-квантов использован светосостав Gd₂O₂S:Tb. В таком светосоставе под действием рентгеновских и гамма-квантов возникают заряженные частицы: электроны и позитроны, которые и вызывают сцинтилляционное свечение Gd₂O₂S:Tb.

Эксперименты показали, что выполнение слоя порошкового люминофора для регистрации быстрых нейтронов из светосоставов ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb с водородосодержащим веществом с объемным содержанием светосостава не менее 5% и не более 14% является режимом, возможным для фиксации быстрых нейтронов. Начиная с объемного количества водородосодержащего вещества более 5%, уже можно фиксировать появление быстрых нейтронов. При количестве водородосодержащего вещества более 14% регистрации практически нет.

Формула изобретения

1. Преобразователь ионизирующего излучения, выполненный из плоских элементов, отличающийся тем, что он содержит спектросмещающие элементы в виде лент, слой порошкового люминофора, нанесенный на поверхность ленты или введенный в ее состав, при этом лента покрыта светоотражающей оболочкой с показателем рефракции, меньшим показателя рефракции материала ленты для транспортировки света на концы ленты за счет полного внутреннего отражения света, кроме этого, преобразователь ионизирующего излучения содержит оптоволокно для переноса света к фотоприемному устройству.

2. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что светосостав порошкового люминофора и материал спектросмещающего элемента выбраны из условий перекрытия спектра возбуждения спектросмещающего элемента и спектра эмиссии люминофора.

3. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что слой порошкового люминофора для регистрации тепловых нейтронов выполнен из светосостава ⁶LiFZnS:Ag, или Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁵⁷Gd₂O₂S:Tb, или ¹⁰BZnS:Ag.

4. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что слой порошкового люминофора для регистрации рентгеновского и гамма-излучений выполнен из светосостава ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb.

5. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что слой порошкового люминофора для регистрации быстрых нейтронов выполнен из светосостава ZnS:Ag или Gd₂O₂S:Tb с водородосодержащим веществом с объемным содержанием светосостава не менее 5% и не более 14%.

6. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что спектросмещающие элементы расположены с четырех сторон порошкового слоя люминофора.

7. Преобразователь ионизирующего излучения по п.1, отличающийся тем, что оптоволокно покрыто отражающим свет материалом.

РИСУНКИ