RU2297015C1 - Scintillation detector - Google Patents

Abstract

FIELD: gamma- and neutron-radiation detectors.

SUBSTANCE: proposed scintillation detector that can be used for detecting sources of neutrons, radioactive and fissionable materials in various radiation monitoring systems has scintillator recording either gamma- or neutron radiation, PIN photodiode, cable duct, and signal processing unit, all mounted in single case. Ball-shaped scintillator is assembled of two hemispheres which are in optical contact with one another. In addition, scintillator detector has reflecting surface in the form of film on hemisphere surfaces, second PIN photodiode back-to-back mounted relative to first PIN photodiode in center of ball-shaped scintillator wherein there are cavities to receive PIN photodiodes and cable duct. PIN photodiodes may be hemispherical in shape. Scintillation detector may also have spectrum mixer made in the form of thin film or coating between PIN photodiodes and ball-shaped scintillator.

EFFECT: enhanced degree of scintillation light accumulation affording enhanced sensitivity of scintillation detector.

3 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к детекторам ядерных гамма- и нейтронного излучений и может быть использовано для обнаружения источников нейтронов, радиоактивных веществ и делящихся материалов в системах радиационного мониторинга местностей и морских акваторий, в системах индивидуальной дозиметрии, в системах таможенного радиационного контроля, обнаружения и учета ядерных и радиоактивных материалов на границах страны, а также в любых зонах контроля, оговоренных международными соглашениями.The invention relates to detectors of nuclear gamma and neutron radiation and can be used to detect sources of neutrons, radioactive substances and fissile materials in radiation monitoring systems of areas and marine waters, in systems of individual dosimetry, in systems of customs radiation control, detection and accounting of nuclear and radioactive materials on the borders of the country, as well as in any control zones specified by international agreements.

Известен сцинтилляционный детектор гамма-излучения [Л.С.Горн, Б.И.Хазанов. Современные приборы для измерения ионизирующих излучений. М.: Энергоатомиздат, 1989, 232 с.], в котором в качестве фотоприемника используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), а в качестве сцинтиллятора используют кристалл CsI:Tl в форме цилиндра. Кристалл CsI:Tl имеет плотность 4,51 г/см³, световыход сцинтилляций до 0,45 относительного такового для NaI:Tl, максимум свечения при 565 нм, длительность сцинтиимпульса 450 нс. Однако недостатками такого сцинтилляционного детектора являются невысокий уровень светосбора сцинтилляций из-за цилиндрической формы кристалла, а также большие габариты и вес ФЭУ и высоковольтное питание для ФЭУ.Known scintillation detector of gamma radiation [L.S. Horn, B.I. Khazanov. Modern instruments for measuring ionizing radiation. M .: Energoatomizdat, 1989, 232 pp.], In which a photoelectron multiplier (PMT) is used as a photodetector, and a CsI: Tl crystal in the form of a cylinder is used as a scintillator. The CsI: Tl crystal has a density of 4.51 g / cm³ , the scintillation light yield is up to 0.45 relative to that for NaI: Tl, the maximum luminosity is at 565 nm, and the scintillation duration is 450 ns. However, the disadvantages of such a scintillation detector are the low level of scintillation light collection due to the cylindrical shape of the crystal, as well as the large size and weight of the PMT and high-voltage power supply for the PMT.

Известен сцинтилляционный детектор гамма-излучения [Патент США №3382368], включающий сцинтиллятор BaF₂ (плотность 4,88 г/см³) и фотоэлектронный умножитель. Детектор имеет малую длительность сцинтилляций (<50 нс). Однако сцинтилляционный кристалл BaF₂ из-за цилиндрической формы имеет невысокий уровень светосбора сцинтилляций. Кроме того, максимум спектра свечения BaF₂ лежит в ультрафиолетовой области спектра, λ=220 нм, т.е. кристалл BaF₂ непригоден при работе детектора в режиме фотодиодной регистрации из-за нечувствительности PIN-фотодиодов к ультрафиолетовому свету. Недостатком известного сцинтилляционного детектора на основе BaF₂ является также то, что используемый в нем в качестве фотоприемника ФЭУ имеет большие размеры и вес и требует высоковольтного питания, что увеличивает габариты, вес и стоимость детектора в целом.Known scintillation detector of gamma radiation [US Patent No. 3382368], including a BaF₂ scintillator (density 4.88 g / cm³ ) and a photoelectronic multiplier. The detector has a short scintillation time (<50 ns). However, because of the cylindrical shape, the BaF₂ scintillation crystal has a low scintillation light collection level. In addition, the maximum of the luminescence spectrum of BaF₂ lies in the ultraviolet region of the spectrum, λ = 220 nm, i.e. the BaF₂ crystal is unsuitable when the detector operates in the photodiode registration mode due to the insensitivity of PIN photodiodes to ultraviolet light. A disadvantage of the known BaF₂ -based scintillation detector is also that the PMT used in it as a photodetector has large dimensions and weight and requires high-voltage power, which increases the overall dimensions, weight and cost of the detector.

Известен сцинтилляционный детектор нейтронов [Патент США №3382368], включающий замедлитель из полиэтилена или полипропилена, сцинтиллятор⁶LiI:Eu цилиндрической формы и ФЭУ. Сцинтиллятор имеет плотность 4,06 г/см³, сцинтилляционную эффективность 0,2-0,3 относительно таковой для NaI:Tl и длину волны люминесценции 460 нм. Однако недостатками такого сцинтилляционного детектора являются невысокий уровень светосбора сцинтилляций из-за цилиндрической формы кристалла. Кроме того, сцинтилляционный детектор на основе⁶LiI:Eu имеет очень большую длительность сцинтилляции τ=1,4 мкс, требует высоковольтного питания для ФЭУ и имеет большие габариты и вес фотоприемного устройства.Known scintillation neutron detector [US Patent No. 3382368], including a moderator of polyethylene or polypropylene, scintillator⁶ LiI: Eu cylindrical shape and PMT. The scintillator has a density of 4.06 g / cm³ , the scintillation efficiency is 0.2-0.3 relative to that for NaI: Tl, and the luminescence wavelength is 460 nm. However, the disadvantages of such a scintillation detector are the low level of scintillation light collection due to the cylindrical shape of the crystal. In addition, the scintillation detector based on⁶ LiI: Eu has a very long scintillation time τ = 1.4 μs, requires high-voltage power for the PMT, and has large dimensions and the weight of the photodetector.

Известен сцинтилляционный детектор [Патент США №3398278] быстрых нейтронов, включающий замедлитель из полиэтилена, сцинтиллятор ZnS:Ag и ФЭУ. Сцинтиллятор [В.И.Иванов. Курс дозиметрии. М.: Атомиздат, 1970, 392 с.] имеет световыход, в 2 раза превышающий световыход NaI:Tl, максимум спектра излучения сцинтиллятора расположен при 450 нм. Однако такой детектор имеет большую длительность сцинтилляций ~1-2 мкс, не обеспечивает высокой загрузочной способности, имеет большие габариты и вес фотоприемника (ФЭУ).Known scintillation detector [US Patent No. 3398278] fast neutrons, including a moderator of polyethylene, a ZnS: Ag scintillator and PMT. Scintillator [V.I. Ivanov. Dosimetry course. M .: Atomizdat, 1970, 392 pp.] Has a light output that is 2 times higher than the NaI: Tl light output; the maximum of the scintillator emission spectrum is located at 450 nm. However, such a detector has a long scintillation duration of ~ 1-2 μs, does not provide a high loading capacity, and has large dimensions and the weight of a photodetector (PMT).

Известен сцинтилляционный детектор нейтронов [N.J.Rodes, M.W.Jonson. The role of inorganic scintillators in neutron detector technology. Proceedirus of the Int. Conf. on inorganic scintillators and their applications. 1996, Delft, Netherlands, p.p.73-80], включающий сцинтиллятор ZnS(Ag):⁶Li и ФЭУ. Однако такой детектор имеет большую длительность сцинтилляций, τ=1-2 мкс, и не обеспечивает повышенной загрузки. Кроме того, он имеет большие габариты, связанные с большими размерами ФЭУ, большой вес и требует высоковольтного питания.Known scintillation neutron detector [NJRodes, MWJonson. The role of inorganic scintillators in neutron detector technology. Proceedirus of the Int. Conf. on inorganic scintillators and their applications. 1996, Delft, Netherlands, pp73-80], including a ZnS (Ag) scintillator:⁶ Li and PMTs. However, such a detector has a long scintillation duration, τ = 1-2 μs, and does not provide increased load. In addition, it has large dimensions associated with the large size of the PMT, large weight and requires high-voltage power.

Известен сцинтилляционный детектор [Викторов Л.В., Шульгин Б.В. и др. / Неорганические сцинтилляционные материалы // Изв. АН СССР. Неорг.материалы, 1991, Т. 27, №10, С.2005-2029; С.Тинг. Установка ЛЗ, ЛЭП (ЦЕРН). Препринт. Л.: ЛИЯФ, 1987. 52 с; Фотодиодные сцинтилляционные детекторы. Photodiode Scintillation Detectors SRD-200. Проспект фирмы SCIONIX Holland, 1992. 2 с], включающий сцинтиллятор Bi₄Ge₃О₁₂ и фотодиод, используемый, в частности, в экспериментах в Европейском ядерном центре (ЦЕРН) на ускорителях коллайдерного типа. Детектор имеет световыход сцинтилляций на уровне 0,1 относительно такового для NaI-Tl и длительность свечения, τ=300 мкс. Недостатком такого сцинтилляционного детектора является невысокий уровень светосбора сцинтилляций из-за использования кристаллов Bi₄Ge₃O₁₂ цилиндрической формы или в форме удлиненных параллелепипедов (в ЦЕРНе).Known scintillation detector [Viktorov L.V., Shulgin B.V. et al. / Inorganic scintillation materials // Izv. USSR Academy of Sciences. Inorgan.Materials, 1991, T. 27, No. 10, C.2005-2029; S.Ting. Installation of LZ, power lines (CERN). Preprint L .: Leningrad Institute of Nuclear Physics, 1987.52 s; Photodiode scintillation detectors. Photodiode Scintillation Detectors SRD-200. Prospectus from SCIONIX Holland, 1992. 2 s], including a Bi₄ Ge₃ O₁₂ scintillator and a photodiode, used, in particular, in experiments at the European Nuclear Center (CERN) on collider-type accelerators. The detector has a scintillation light output of 0.1 relative to that for NaI-Tl and a luminescence duration of τ = 300 μs. The disadvantage of such a scintillation detector is the low level of scintillation light collection due to the use of cylindrical Bi₄ Ge₃ O₁₂ crystals or in the form of elongated parallelepipeds (at CERN).

Известен сцинтилляционный детектор фирмы SCIONIX Holland [Фотодиодные сцинтилляционные детекторы. Photodiode Scintillation Detectors SRD-200. Проспект фирмы SCIONIX Holland, 1992, 2 с.] с фотодиодной регистрацией, содержащий сцинтиллятор, фотодиод и блок обработки сигналов, пригодный для обнаружения рентгеновского (>60 кэВ) и гамма-излучения. Кристалл имеет форму цилиндра с размерами: диаметр - 40 мм, высота - 50 или 70 мм. В детекторе используют кристалл CsI:Tl 10×10×10 мм, максимум спектра люминесценции которого расположен при 565 нм, и кремниевый PIN-фотодиод. Известный сцинтилляционный детектор с фотодиодной регистрацией обладает длительностью сцинтиимпульса τ=450 мкс, имеет размеры чувствительной поверхности 1 см² и малый чувствительный объем до 5-7 см³, поскольку размер одной из граней кристалла, сочетанной с фотодиодом, диктуется размерами приемного окна PIN-фото диода (1 см²).Known scintillation detector company SCIONIX Holland [Photodiode scintillation detectors. Photodiode Scintillation Detectors SRD-200. A prospectus of SCIONIX Holland, 1992, 2 pp.] With photodiode registration, comprising a scintillator, a photodiode and a signal processing unit suitable for detecting x-ray (> 60 keV) and gamma radiation. The crystal has the shape of a cylinder with dimensions: diameter - 40 mm, height - 50 or 70 mm. The detector uses a CsI crystal:Tl 10 × 10 × 10 mm, the maximum of the luminescence spectrum of which is located at 565 nm, and a silicon PIN photodiode. The known scintillation detector with photodiode registration has a scintillation duration of τ = 450 μs, has a sensitive surface of 1 cm² and a small sensitive volume of up to 5-7 cm³ , since the size of one of the crystal faces combined with a photodiode is dictated by the size of the PIN photo reception window diode (1 cm² ).

Из всех известных сцинтилляционных детекторов гамма- и нейтронного излучений наиболее близким к заявляемому является устройство [Патент РФ №2248588, МПК 7 G01T 1/20, опубл. 20.03.2005. Бюл. №8], которое содержит сцинтиллятор (чувствительный либо к гамма-излучению, либо к нейтронам), находящийся с ним в оптическом контакте сместитель спектра вместе со светособирающим световодом, который находится в оптическом контакте с PIN-фотодиодом. Все эти элементы детектора помещены в единый корпус. Известное устройство работает в двух (регистрация гамма-излучения или нейтронов) функциональных режимах. В случае регистрации гамма-излучения в качестве сцинтилляционного кристалла используют кристалл Lu₂SiO₅:Ce диаметром до 4 см и более (т.е. с площадью рабочей грани ~12,6 см² и более). В кристалле возникают быстрые световые вспышки (сцинтилляции) с длительностью 20 нс. Их спектр свечения расположен в синей области с максимумом при 420 нм. Далее с помощью сместителя спектра коротковолновое свечение преобразуется в длинноволновое и направляется на PIN-фотодиод, который работает либо в счетном, либо в спектрометрическом режимах и дает информацию либо о мощности дозы, либо о спектре гамма-излучения. В случае режима регистрации нейтронов в качестве сцинтиллирующего кристалла используют кристалл стильбена, излучение которого через сместитель спектра и через светособирающий световод поступает на PIN-фотодиод. Недостатком известного сцинтилляционного детектора [Патент РФ №2248588] является невысокий уровень светосбора сцинтилляций из-за того, что конструкция детектора не позволяет обеспечивать проведение измерений в 4π-геометрии.Of all the known scintillation detectors of gamma and neutron radiation, the closest to the claimed device is [RF Patent No. 2285888, IPC 7 G01T 1/20, publ. 03/20/2005. Bull. No. 8], which contains a scintillator (sensitive either to gamma radiation or to neutrons), a spectrum shifter in optical contact with it, together with a light-collecting optical fiber, which is in optical contact with a PIN photodiode. All these detector elements are placed in a single housing. The known device operates in two (registration of gamma radiation or neutrons) functional modes. In the case of detecting gamma radiation, a Lu₂ SiO₅ : Ce crystal with a diameter of up to 4 cm or more (i.e., with a working face area of ~ 12.6 cm² or more) is used as a scintillation crystal. Fast light flashes (scintillations) with a duration of 20 ns occur in the crystal. Their emission spectrum is located in the blue region with a maximum at 420 nm. Then, using the spectrum shifter, the short-wavelength glow is converted to the long-wavelength and sent to the PIN photodiode, which operates in either counting or spectrometric modes and provides information on either the dose rate or the gamma-ray spectrum. In the case of the neutron registration mode, a stilbene crystal is used as a scintillating crystal, the radiation of which is fed through a spectrum shifter and through a light-collecting fiber to the PIN photodiode. A disadvantage of the known scintillation detector [RF Patent No. 2285888] is the low level of scintillation light collection due to the fact that the design of the detector does not allow for measurements in 4π geometry.

Задачей настоящего изобретения является повышение уровня (степени) светосбора сцинтилляций, обеспечивающее повышение чувствительности сцинтилляционного детектора.The objective of the present invention is to increase the level (degree) of light collection of scintillations, providing an increase in the sensitivity of the scintillation detector.

Это достигается за счет того, что в сцинтилляционном детекторе, включающем размещенные в едином корпусе сцинтиллятор, регистрирующий либо гамма-, либо нейтронное излучение, PIN-фотодиод, кабельный канал и блок обработки сигналов, сцинтиллятор выполнен в виде шара, состоящего из 2-х полусфер, находящихся друг с другом в оптическом контакте, а сцинтилляционный детектор дополнительно содержит отражающее покрытие в виде пленки, нанесенной на поверхности полусфер, и 2-й PIN-фотодиод, установленный к 1-му PIN-фотодиоду «спина к спине» в центре шарового сцинтиллятора, в котором выполнены полость для размещения PIN-фотодиодов и кабельный канал для вывода их электрических контактов к блоку обработки сигналов.This is achieved due to the fact that in the scintillation detector, which includes a scintillator located in a single housing that detects either gamma or neutron radiation, a PIN photodiode, a cable channel and a signal processing unit, the scintillator is made in the form of a ball consisting of 2 hemispheres located in optical contact with each other, and the scintillation detector additionally contains a reflective coating in the form of a film deposited on the surface of the hemispheres, and a 2nd PIN photodiode mounted to the 1st PIN photodiode "back to back" in the center of the ball o scintillator, in which a cavity is made for placing PIN photodiodes and a cable channel for outputting their electrical contacts to the signal processing unit.

Кроме того, PIN-фотодиоды могут быть выполнены в виде полусфер, при установке образуя форму шара.In addition, PIN photodiodes can be made in the form of hemispheres, when installed, forming a ball shape.

Выполнение сцинтиллятора не в виде цилиндра или параллелепипеда, а в виде шара, состоящего из двух полусфер, и играющего одновременно роль световода и снабженного светоотражающей (световозвращающей) пленкой, собирающей в условиях 4π-геометрии все сцинтилляции в одном фокусе, в котором расположено фотоприемное устройство из двух PIN-фотодиодов, позволило повысить эффективность регистрации излучения предлагаемым сцинтилляционным детектором.The implementation of the scintillator is not in the form of a cylinder or parallelepiped, but in the form of a ball consisting of two hemispheres, and at the same time playing the role of a light guide and equipped with a reflective (retroreflective) film, which collects in a 4π-geometry all the scintillations in one focus, in which the photodetector from two PIN photodiodes, has improved the detection efficiency of radiation proposed scintillation detector.

На фиг.1 представлена схема сцинтилляционного детектора с плоскими PIN-фотодиодами, на фиг.2 - схема сцинтилляционного детектора со сферическими PIN-фотодиодами.Figure 1 presents a diagram of a scintillation detector with flat PIN photodiodes, figure 2 is a diagram of a scintillation detector with spherical PIN photodiodes.

Заявляемое устройство содержит сцинтиллятор в форме шара, состоящего из двух полусфер 1 и 2, отражающее покрытие 3 в виде пленки, нанесенной на поверхность полусфер 1 и 2, два плоских PIN-фотодиода 4 и 5 (фиг.1), либо два PIN-фотодиода, выполненных в виде полусфер (фиг.2), которые при сборке образуют форму шара, установленные в полость 6 в центре полусфер 1 и 2 и расположенные «спина к спине», канал 7 для связи PIN-фотодиодов, которые при помощи кабеля 8 соединены с блоком обработки сигналов 9, помещенные в единый корпус 10.The inventive device contains a scintillator in the form of a ball consisting of twohemispheres 1 and 2, areflective coating 3 in the form of a film deposited on the surface of thehemispheres 1 and 2, two flat PIN photodiodes 4 and 5 (Fig. 1), or two PIN photodiodes made in the form of hemispheres (figure 2), which during assembly form a ball shape, mounted in a cavity 6 in the center ofhemispheres 1 and 2 and located "back to back", channel 7 for connecting PIN photodiodes, which are connected viacable 8 with asignal processing unit 9, placed in asingle housing 10.

Сущность изобретения заключается в том, что вследствие шарообразной формы сцинтиллятора (CsI:Tl, или Bi₄Ge₃O₁₂, или Lu₂SiO₅:Ce - при регистрации гамма-излучения; стильбен - при регистрации нейтронов) все сцинтилляции, возникающие в полусферах 1 и 2 шара, будут благодаря отражающему покрытию 3 фокусироваться в центре шара в месте расположения PIN-фотодиодов 4 и 5. В этом случае объем сцинтилляционного кристалла не лимитируется размерами входного окна PIN-фотодиодов, расположенных в центре детектора «спина к спине». Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является новая шаровая конструкция сенсорного элемента детектора - сцинтиллятора. Такая конструкция обеспечивает 4π-геометрию светосбора сцинтилляций и 4π-геометрию измерения радиации и повышает чувствительность сцинтилляционного детектора.The essence of the invention lies in the fact that due to the spherical shape of the scintillator (CsI: Tl, or Bi₄ Ge₃ O₁₂ , or Lu₂ SiO₅ : Ce - when registering gamma radiation; stilbene - when registering neutrons) all scintillations that occur inhemispheres 1 and 2 balls, due to thereflective coating 3, will be focused in the center of the ball at the location ofPIN photodiodes 4 and 5. In this case, the volume of the scintillation crystal is not limited by the size of the input window of PIN photodiodes located in the center of the back-to-back detector. A distinctive feature of the invention is a new spherical design of the sensor element of the detector - scintillator. This design provides the 4π-geometry of scintillation light collection and the 4π-geometry of radiation measurements and increases the sensitivity of the scintillation detector.

Устройство работает в двух функциональных режимах (регистрация гамма-излучения или нейтронов) следующим образом. В случае регистрации гамма-излучения используют сцинтиллятор CsI:Tl, изготовленный в виде двух полусфер с небольшой полостью точно в центре полусфер и узким кабельным каналом для вывода и передачи сигналов с PIN-фотодиодов на блок обработки сигналов. Две полусферы, образующие шаровой сцинтиллятор, имеют между собой оптический контакт. Сцинтилляции, возникающие в кристалле CsI:Tl, имеют длину волны излучения 565 нм и надежно регистрируются PIN-фотодиодами фирмы Hamamatsu, которые работают либо в счетном, либо в спектрометрическом режимах. Это дает информацию либо о плотности потока гамма-излучения, либо о спектре гамма-излучения. Последнее необходимо для обнаружения и идентификации гамма-излучения. Предлагаемая шаровая конструкция является идеальной для проведения низкофоновых измерений. Она обеспечивает максимально возможную чувствительность вследствие реализуемой 4π-геометрии измерения. При низкофоновых измерениях большая длительность сцинтилляций кристалла CsI:Tl 450 нс не является недостатком, поскольку из-за низкой величины фона загрузка детектора невелика (меньше, чем 10³ имп/с), и наложения импульсов не происходит.The device operates in two functional modes (registration of gamma radiation or neutrons) as follows. In the case of detecting gamma radiation, a CsI: Tl scintillator is used, made in the form of two hemispheres with a small cavity exactly in the center of the hemispheres and a narrow cable channel for outputting and transmitting signals from PIN photodiodes to the signal processing unit. Two hemispheres forming a ball scintillator have an optical contact with each other. The scintillations arising in the CsI: Tl crystal have a radiation wavelength of 565 nm and are reliably detected by Hamamatsu PIN photodiodes, which operate in either counting or spectrometric modes. This provides information on either the gamma radiation flux density or the gamma radiation spectrum. The latter is necessary for the detection and identification of gamma radiation. The proposed ball design is ideal for low-background measurements. It provides the highest possible sensitivity due to the implemented 4π-geometry measurement. In low-background measurements, the long duration of scintillations of a CsI: Tl crystal of 450 ns is not a drawback, because the detector is small due to a low background value (less than 10³ pulses / s) and no pulses are superimposed.

Кроме того, плотность CsI:Tl достаточно высока, 4,51 г/см³, и эффективный атомный номер Z_эф для CsI:Tl достаточно высок (Z_эф=54), что обеспечивает высокую эффективность регистрации гамма-излучения практически всех радиоактивных изотопов. Последнее является необходимым условием для обеспечения радиационного мониторинга территорий и зон хранения радиоактивных отходов.In addition, the density of CsI: Tl is quite high, 4.51 g / cm³ , and the effective atomic number Z_eff for CsI: Tl is quite high (Z_eff = 54), which ensures high detection efficiency of gamma radiation from almost all radioactive isotopes. The latter is a prerequisite for radiation monitoring of territories and areas of storage of radioactive waste.

Совершенно аналогичное устройство используется в случае применения сцинтиллятора на основе ортогерманата висмута Bi₄Ge₃О₁₂ (BGO). Сцинтилляции, возникающие в кристалле BGO, имеют длину волны излучения 565 нм и надежно регистрируются PIN-фотодиодами фирмы Hamamatsu. Длительность сцинтилляций такого детектора 300 нс, что не влияет на качество низкофоновых измерений из-за низкой плотности в том числе потока γ-излучения.A completely similar device is used in the case of using a scintillator based on bismuth orthogermanate Bi₄ Ge₃ O₁₂ (BGO). The scintillations arising in the BGO crystal have a radiation wavelength of 565 nm and are reliably detected by Hamamatsu PIN photodiodes. The scintillation duration of such a detector is 300 ns, which does not affect the quality of low-background measurements due to the low density including the γ-radiation flux.

Аналогичное устройство используется в случае применения сцинтиллятора на основе кристалла Lu₂SiO₅:Ce. Однако сцинтилляции, возникающие в кристалле Lu₂SiO₅:Ce, имеют максимум длины волны излучения в синей области спектра, и для надежной их регистрации с помощью PIN-фотодиодов между PIN-фотодиодами и шарообразным сцинтиллятором дополнительно устанавливают сместитель спектра, выполненный в виде тонкой пленки или покрытия. Сместитель спектра смещает максимум длины волны излучения сцинтиллятора из синей области спектра в красную, что позволяет надежно регистрировать прошедшие сместитель спектра сцинтилляции с помощью PIN-фотодиодов фирмы Hamamatsu.A similar device is used when a scintillator based on a Lu₂ SiO₅ : Ce crystal is used. However, the scintillations arising in the Lu₂ SiO₅ : Ce crystal have a maximum radiation wavelength in the blue region of the spectrum, and for reliable detection with the help of PIN photodiodes, a spectrum thinner made in the form of a thin film is additionally installed between PIN photodiodes and a spherical scintillator or cover. The spectrum switcher shifts the maximum wavelength of the scintillator radiation from the blue region of the spectrum to the red, which makes it possible to reliably record the past scintillation spectrum switcher using Hamamatsu PIN photodiodes.

В случае режима регистрации нейтронов используется аналогичное устройство, но в качестве сцинтилляционного кристалла используют кристалл стильбена, обладающий синим свечением с длинной волны λ=390 нм. В этом случае, как и для кристалла Lu₂SiO₅:Ce, обязательно используют сместитель спектра, позволяющий регистрировать излучение сцинтиллятора PIN-фотодиодами.In the case of the neutron registration mode, a similar device is used, but a stilbene crystal with a blue glow with a wavelength of λ = 390 nm is used as a scintillation crystal. In this case, as for the Lu₂ SiO₅ : Ce crystal, a spectrum shifter is required to be used, which allows the scintillator radiation to be detected by PIN photodiodes.

Claims (3)

Translated fromRussian

1. Сцинтилляционный детектор, включающий размещенные в едином корпусе сцинтиллятор, регистрирующий либо гамма-, либо нейтронное излучение, PIN-фотодиод, кабельный канал и блок обработки сигналов, отличающийся тем, что сцинтиллятор имеет шарообразную форму и состоит из двух полусфер, находящихся друг с другом в оптическом контакте, а сцинтилляционный детектор дополнительно содержит отражающее покрытие в виде пленки, нанесенной на поверхности полусфер, и второй PIN-фотодиод, установленный к первому PIN-фотодиоду «спина к спине» в центре шарового сцинтиллятора, в котором выполнены полости для размещения PIN-фотодиодов и кабельный канал.1. A scintillation detector, comprising a scintillator located in a single housing, detecting either gamma or neutron radiation, a PIN photodiode, a cable channel and a signal processing unit, characterized in that the scintillator has a spherical shape and consists of two hemispheres located with each other in optical contact, and the scintillation detector additionally contains a reflective coating in the form of a film deposited on the surface of the hemispheres, and a second PIN photodiode mounted to the first PIN photodiode "back to back" in the center of the ball scintillator, in which cavities for placing PIN photodiodes and a cable channel are made.2. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что PIN-фотодиоды имеют полусферическую форму.2. The scintillation detector according to claim 1, characterized in that the PIN photodiodes have a hemispherical shape.3. Сцинтилляционный детектор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сместитель спектра, выполненный в виде тонкой пленки или покрытия, установленной между PIN-фотодиодами и шарообразным сцинтиллятором.3. The scintillation detector according to claim 1, characterized in that it further comprises a spectrum shifter made in the form of a thin film or coating mounted between PIN photodiodes and a spherical scintillator.

Images