RU84137U1

RU84137U1 - MATRIX SCREEN CONVERTER

Info

Publication number: RU84137U1
Application number: RU2008148035/22U
Authority: RU
Inventors: Виталий Иванович Микеров; Евгений Петрович Боголюбов
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2009-06-27

Abstract

Матричный экран-преобразователь ионизирующего излучения, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, отличающийся тем, что он выполнен в виде микроканальной пластины, с непрозрачными для света стенками каналов, заполненных сцинтиллятором, оси каналов микроканальной пластины перпендикулярны ее поверхности, одна из поверхностей микроканальной пластины покрыта светоотражающим материалом, каналы заполнены порошковым люминофором состава Gd2O2S:Tb(Eu), или порошковым люминофором состава ZnS:Ag, или жидким сцинтиллятором, или полимерным сцинтиллятором.A matrix screen of ionizing radiation transducer containing luminescent material in the matrix channels, characterized in that it is made in the form of a microchannel plate, with channel walls opaque to light filled with a scintillator, the channel axis of the microchannel plate is perpendicular to its surface, one of the surfaces of the microchannel plate is coated with reflective material, the channels are filled with a powder phosphor of the composition Gd2O2S: Tb (Eu), or a powder phosphor of the composition ZnS: Ag, or a liquid scintillator, or a polymer scintillator.

Description

Полезная модель относится к радиографии, а именно к получению изображений с помощью нейтронного, рентгеновского и гамма излучений, детектированию ядерных излучений, к области неразрушающего контроля материалов и изделий радиационными методами и может быть использовано для обнаружения опасных материалов на контрольно-пропускных пунктах, железнодорожных станциях, в аэропортах, таможенных службах, в неразрушающем контроле в атомной энергетике, машиностроении, строительстве и других отраслях радиографическими и томографическими методами.The utility model relates to radiography, namely to obtaining images using neutron, x-ray and gamma radiation, detecting nuclear radiation, to the field of non-destructive testing of materials and products by radiation methods and can be used to detect hazardous materials at checkpoints, railway stations, at airports, customs services, in non-destructive testing in nuclear energy, engineering, construction and other industries by radiographic and tomographic methods E.

Известен регистратор ионизирующего излучения, содержащий блок из полимерных сцинтиллирующих оптических волокон и позиционно-чувствительный фотоприемник, отличающийся тем, что блок из полимерных сцинтиллирующих оптических волокон выполнен в виде волоконно-оптического экранного преобразователя из жгута протяженных сцинтиллирующих волокон, на одной из торцевых поверхностей которого расположена маска для регистрации тепловых нейтронов, блок снабжен системой азимутальных перемещений. Патент Российской Федерации на полезную модель №51425, МПК: G01T 3/06, 2006 г.A known ionizing radiation recorder comprising a block of polymer scintillating optical fibers and a position-sensitive photodetector, characterized in that the block of polymer scintillating optical fibers is made in the form of a fiber-optic screen transducer from a bundle of extended scintillating fibers, on one of the end surfaces of which there is a mask to register thermal neutrons, the unit is equipped with a system of azimuthal displacements. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 51425, IPC: G01T 3/06, 2006

Известен преобразователь ионизирующего излучения, выполненный из плоских элементов, причем, по крайней мере, один из элементов выполнен в виде слоя порошкового люминофора, отличающийся тем, что он содержит спектросмещающие элементы в виде лент, и оптоволокно, на концах которого установлены фотоприемники, слой порошкового люминофора нанесен на поверхность ленты или введен в ее состав. Патент Российской Федерации на полезную модель №54438, МПК: G01T 3/06, 2006 г.A known ionizing radiation converter made of flat elements, and at least one of the elements is made in the form of a layer of powder phosphor, characterized in that it contains spectroscopic elements in the form of ribbons, and optical fiber, at the ends of which photodetectors are installed, a layer of powder phosphor applied to the surface of the tape or entered into its composition. Utility Model Patent of the Russian Federation No. 54438, IPC: G01T 3/06, 2006

Недостатками аналогов является попадание света от сцинтилляционной вспышки, возникшей в одном из элементов в соседние, большие габариты и The disadvantages of analogues is the ingress of light from a scintillation flash that has arisen in one of the elements in neighboring, large dimensions and

сравнительно низкое пространственное разрешение, определяемое поперечным сечением волокон и лент.relatively low spatial resolution, determined by the cross section of the fibers and tapes.

Известны микроканальные пластины, в частности пластина, выполненная из стеклянных волокон, содержащих активную оболочку, выполненную из стекла и растворимую сердцевину, выполненную из стекла, включающего SiO₂, В₂О₃, Патент Российской Федерации №2291124, МПК: С03С 3/102, С03С 3/089 С03В 37/025, 2007 г.Microchannel plates are known, in particular a plate made of glass fibers containing an active shell made of glass and a soluble core made of glass, including SiO ₂ , B ₂ O ₃ , Patent of the Russian Federation No. 2291124, IPC: C03C 3/102, С03С 3/089 С03В 37/025, 2007

Микроканальная пластина - элемент оптических и электромеханических устройств различного функционального назначения, представляет собой регулярную систему микроканалов, а поперечные размеры каналов лежат в диапазоне единиц и десятков микрометров. Отношение длины канала к его диаметру у стандартных МКП около 40-80, отношение площади каналов к полной площади составляет 0,6-0,9.A microchannel plate, an element of optical and electromechanical devices for various functional purposes, is a regular system of microchannels, and the transverse dimensions of the channels lie in the range of units and tens of micrometers. The ratio of the channel length to its diameter for standard MCPs is about 40-80, the ratio of the channel area to the total area is 0.6-0.9.

Известен матричный экран - преобразователь детектора нейтронов заполненный люминесцентной газовой средой в виде идентичных цилиндрических трубок с нанесенными на боковую трубок поверхность слоев делящегося материала толщиной не более одной длины пробега собственных осколков деления ядер длиной не менее 30 мм с диаметром менее 0,5 мм, установленных в матричном порядке. Патент Российской Федерации №2329523, МПК: G01T 3/06, 2008 г.Прототип.A matrix screen is known - a neutron detector transducer filled with a luminescent gas medium in the form of identical cylindrical tubes with the surface of the fissile material layers deposited on the side tubes not exceeding one path length of their own nuclear fission fragments of at least 30 mm in length with a diameter of less than 0.5 mm installed in matrix order. Patent of the Russian Federation No. 2329523, IPC: G01T 3/06, 2008 Prototype.

Недостатками прототипа являются большие габариты, сложность изготовления и обслуживания, использование делящегося материала, сравнительно низкое пространственное разрешение, возможность регистрации лишь быстрых нейтронов.The disadvantages of the prototype are large dimensions, the complexity of manufacture and maintenance, the use of fissile material, a relatively low spatial resolution, the ability to register only fast neutrons.

Данная полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.This utility model eliminates the disadvantages of analogues and prototype.

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности и пространственного разрешения, регистрация различных видов проникающего излучения: тепловых и быстрых нейтронов, рентгеновских и гамма лучей.The technical result of the utility model is to increase the efficiency and spatial resolution, register various types of penetrating radiation: thermal and fast neutrons, x-rays and gamma rays.

Технический результат достигается тем, что матричный экран-преобразователь ионизирующего излучения, содержащий люминесцентный материал в матричных каналах, выполнен в виде микроканальной пластины, с непрозрачными для света стенками каналов, заполненных сцинтиллятором, оси каналов микроканальной пластины перпендикулярны ее поверхности, одна из поверхностей микроканальной пластины покрыта светоотражающим материалом, а каналы заполнены порошковым люминофором, состава Gd₂O₂S:Tb(Eu), или ZnS:Ag, или жидким сцинтиллятором, или полимерным сцинтиллятором.The technical result is achieved by the fact that the matrix screen of the ionizing radiation transducer containing luminescent material in the matrix channels is made in the form of a microchannel plate, with channel walls opaque to light filled with a scintillator, the channel axis of the microchannel plate is perpendicular to its surface, one of the surfaces of the microchannel plate is coated reflective material, and the channels are filled with powdered phosphor composition Gd ₂ O ₂ S: Tb (Eu), or ZnS: Ag, or liquid scintillator, or polymeric stsin illyatorom.

Порошковый люминофор наносят на матричную подложку, содержащую каналы с непрозрачными для света стенками, и затем втирают в нее кисточкой. Зерна достаточно малого размера по сравнению с размером канала проникают в канал. Крупные зерна ссыпают в сторону.The phosphor powder is applied to a matrix substrate containing channels with walls opaque to light, and then rubbed into it with a brush. Grains of a sufficiently small size in comparison with the size of the channel penetrate the channel. Large grains are poured to the side.

Повторяя такую процедуру несколько раз, обеспечивают толщину слоя люминофора в каналах подложки практически на всю толщину подложки.Repeating this procedure several times, provide the thickness of the phosphor layer in the channels of the substrate for almost the entire thickness of the substrate.

Рабочей поверхностью экрана является поверхность, с которой люминофор вводится в микрокристаллическую пластину.The working surface of the screen is the surface with which the phosphor is introduced into the microcrystalline plate.

В зависимости от типа порошкового сцинтиллятора экран-преобразователь может быть использован для регистрации тепловых или быстрых нейтронов, рентгеновского и гамма излучения. Состав Gd₂O₂S:Tb(Eu) используют для регистрации всех трех видов излучений. Состав ZnS:Ag используют для регистрации рентгеновского излучения и гамма излучения. Жидкий или полимерный сцинтиллятор используют для регистрации быстрых нейтронов.Depending on the type of powder scintillator, a screen transducer can be used to register thermal or fast neutrons, X-ray and gamma radiation. The composition of Gd ₂ O ₂ S: Tb (Eu) is used to record all three types of radiation. The composition of ZnS: Ag is used to record x-rays and gamma radiation. A liquid or polymer scintillator is used to detect fast neutrons.

Существо полезной модели поясняется на фиг.1, где представлен фрагмент матричной структуры микроканальной пластины и на фиг.2. На фиг.2 представлен поперечный разрез микроканальной пластины, где: 1 - покрытие из светоотражающего материала, 2 - люминофор, 3 - стенка канала.The essence of the utility model is illustrated in figure 1, which shows a fragment of the matrix structure of the microchannel plate and figure 2. Figure 2 presents a cross section of a microchannel plate, where: 1 - a coating of reflective material, 2 - phosphor, 3 - channel wall.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Излучение в виде нейтрона, рентгеновского или гамма кванта направляют на микроканальную пластину со стороны покрытия 1 из светоотражающего материала. Излучение вызывает в люминофоре 2 сцинтилляционную вспышку в видимой части оптического спектра. Свет от вспышки распространяется вдоль оси канала. Попав на отражающее покрытие 1 со стороны источника, свет частично отражается, усиливая ту часть света, которая выходит в сторону противоположную источнику излучения.Radiation in the form of a neutron, x-ray or gamma ray is sent to the microchannel plate from the side of the coating 1 of reflective material. Radiation causes a scintillation flash in the visible part of the optical spectrum in phosphor 2. Light from the flash propagates along the axis of the channel. Once on the reflective coating 1 from the source side, the light is partially reflected, amplifying that part of the light that goes to the side opposite to the radiation source.

Возникшее на этой стороне изображение переносят на позиционно-чувствительный фотоприемник оптического излучения с помощью оптического объектива или путем приведения в непосредственный контакт экрана-преобразователя и фотоприемника. При использовании в качестве фотоприемника ПЗС-матрицы с входным окном в виде оптоволоконной шайбы пространственное разрешение определяется размером канала микроканальной пластины и диаметром волокна шайбы, которой обычно составляет менее 10 мкм.The image that has arisen on this side is transferred to a position-sensitive photodetector of optical radiation using an optical lens or by bringing the screen-converter and photodetector into direct contact. When a CCD array with an input window in the form of an optical fiber washer is used as a photodetector, the spatial resolution is determined by the channel size of the microchannel plate and the diameter of the washer fiber, which is usually less than 10 microns.

Эффективность матричного экрана-преобразователя определяется относительной площадью каналов, а также толщиной люминофора.The efficiency of the matrix screen converter is determined by the relative area of the channels, as well as the thickness of the phosphor.

В отличие от обычных экранов в виде сплошного слоя, где пространственное разрешение падает с увеличением толщины экрана, при использовании микроканальной пластины пространственное разрешение экрана-преобразователя обеспечено двумя факторами: размером канала, а также отсутствием взаимопроникновения света в смежных каналах из-за непрозрачности их стенок 3. Для увеличения эффективности экрана он может быть составлен из набора одинаковых микроканальных пластин, совмещенных так, чтобы оси каналов во всех микроканальных пластинах совпадали. В этом случае отражающий слой наносят лишь на первую из пластин. Общая толщина сборки определяется прозрачностью лимонофора к собственному излучению и может достигать величин от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.Unlike conventional screens in the form of a continuous layer, where the spatial resolution decreases with increasing screen thickness, when using a microchannel plate, the spatial resolution of the transducer screen is provided by two factors: the channel size, as well as the absence of interpenetration of light in adjacent channels due to the opacity of their walls 3 To increase the efficiency of the screen, it can be composed of a set of identical microchannel plates, aligned so that the axis of the channels in all microchannel plates coincide whether. In this case, a reflective layer is applied only to the first of the plates. The total thickness of the assembly is determined by the transparency of the lemonophore to its own radiation and can reach values from a few millimeters to several centimeters.

Claims

A matrix screen of ionizing radiation transducer containing luminescent material in the matrix channels, characterized in that it is made in the form of a microchannel plate, with channel walls opaque to light filled with a scintillator, the channel axis of the microchannel plate is perpendicular to its surface, one of the surfaces of the microchannel plate is coated with reflective material, the channels are filled with a powder phosphor of the composition Gd ₂ O ₂ S: Tb (Eu), or a powder phosphor of the composition ZnS: Ag, or a liquid scintillator, or poly nuclear scintillator.