Сцинтилляционные пчд. 
Расчет быстродействующего канала гамма-датчика

ОДНОМЕРНЫЕ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ПЧД

При построении сцинтилляционных позиционно-чувствительных детекторов (СПЧД) используют метод разделения светового потока, обусловленного сцинтилляцией, а коллекторами служат фотокатоды ФЭУ. Чаще всего СПЧД применяют для регистрации г-квантов, а в качестве сцинтилляторов в них используют кристаллы NaI (Tl).

Дискретные СПЧД используют для определения как координаты места попадания г-кванта в детектор, так и глубины проникновения кванта до его взаимодействия с веществом детектора.

В первом случае СПЧД содержат расположенные в ряд монокристаллы NaI (Tl) относительно малого диаметра, оптически изолированные друг от друга и связанные с фотоумножителями. Каждый сцинтиллятор может быть подсоединен к автономному ФЭУ. Однако чтобы сократить число ФЭУ, целесообразно использовать матричное кодирование номера сцинтиллятора, с которым взаимодействует г-квант, и координату определять по номеру строки i и номеру столбца j. Для этого к каждому монокристаллу подсоединяют по два плексигласовых световода; световоды, подходящие ко всем сцинтилляторам каждой строки, соединяют со своим ФЭУ, а световоды, подходящие ко всем сцинтилляторам каждого столба, — со своим. Таким образом, номера пары одновременно сработавших ФЭУ определяют кристалл, в котором произошла сцинтилляция.

Пространственное разрешение такого СПЧД определяется диаметром монокристаллов d_cц и для его улучшения необходимо уменьшать величину d_cц. Однако при этом возрастает число ФЭУ, световодов, объем электронного оборудования. Кроме того, когда пробег фотоэлектрона, образованного г-квантом, становится соизмеримым с диаметром d_сц, сцинтиллятору все чаще будет передаваться не вся энергия г-кванта Е_г и при наличии амплитудного отбора будет снижаться эффективность регистрации г-излучения [например, для E_в = 0,5 МэВ пробег электронов в NaI (Tl) близок к 0.7 мм]. Поэтому нецелесообразно использовать СПЧД с d_cц<5 мм. Из-за того что в световодах световой поток значительно ослабляется, причем по-разному для различных сцинтилляторов, дисперсия получаемого амплитудного распределения сигналов оказывается довольно большой. Для этих детекторов характерна неоднородность чувствительности, обусловленная разбросом диаметров сцинтилляторов d_сц и разбросом коэффициента умножения разных ФЭУ.

СПЧД, определяющие глубину проникновения г-кванта, состоят из нескольких оптически изолированных друг от друга шайб сцинтиллятора, которые с торцов через световоды соединены с ФЭУ [8].

Аналоговые СПЧД могут быть построены на основе разных методов выделения позиционной информации и содержать два и более ФЭУ. Чаще всего в одномерных аналоговых СПЧД используют временной метод выделения координаты места взаимодействия со сцинтиллятором г-кванта или нейтрона. Такие детекторы содержат сцинтиллятор в форме параллелепипеда длиной L, «просматриваемый» с двух противоположных торцов фотоумножителями. Измеряется разность во времени моментов появления анодных импульсов ФЭУ Дt, которая при эффективной скорости распространения светового сигнала в сцинтилляторе V_эф и расстоянии места световой вспышки от середины сцинтиллятора х равна 2х/V_эф, т. е. пропорциональна искомой координате [3].

В большинстве случаев в таких СПЧД применяют твердотельные сцинтилляторы на основе полистирола или поливинилтолуола с добавлением р-терфинила и РОРОР. Типичная длина сцинтиллятора L = 0,4−0,5 м, а его сечение 60X10 мм² [15,3]. Однако применяют и жидкие сцинтилляторы, такие как толуол с добавками 3 г/л р-терфинила и 100 мг/л РОРОР или 33 мг/л дистрилбифенола [13]. Жидкие сцинтилляторы могут быть большой длины, они дешевы, просты в изготовлении, обладают высокой прозрачностью. Проведенные измерения показывают, что скорость V_эф в зависимости от задания порога дискриминации лежит в пределах от 0,4*10¹⁰ до 6*10¹⁰ см/с [14], поэтому для достижения позиционного разрешения около 1 см необходимо выделять разницу времени Дt=0,1 нс. Реально, даже для лучших фотоумножителей (типа ФЭУ-85 и ФЭУ-87), значения Дt на порядок большие, и было получено позиционное разрешение таких СПЧД от 3 до 5 см.

Другой метод основан на определении координаты по отношению сигналов двух ФЭУ, расположенных у противоположных краев сцинтиллятора. В этом случае СПЧД содержит узкий сцинтиллятор длиной L, на торцах которого размещены два ФЭУ; L= 400−600 мм. Поскольку кристалл NaI (Tl) такой длины получить трудно, обычно используют составной сцинтиллятор, который состоит из нескольких десятков монокристаллов диаметром 40−50 мм и высотой 10−15 мм, притертых торцами друг к другу [4,9].

Метод построения одномерных СПЧД, также содержащих два ФЭУ, основан на восприятии этими умножителями светового потока, выходящего из основной поверхности сцинтиллятора показана конструкция такого детектора нейтронов со сцинтиллятором площадью 63×10 мм и световодом, соединяющим сцинтиллятор с фотокатодами [5]. Соотношение сигналов на выходах ФЭУ U₁ и U₂ однозначно связано с координатой сцинтилляции х, и значение х может быть вычислено, если известно отношение U₁/(U₁+U₂).

Одномерные аналоговые СПЧД могут содержать также несколько ФЭУ (более двух), расположенных рядом друг с другом у торцевой поверхности, параллельной основной поверхности сцинтиллятора. Эти детекторы представляют собой одномерные варианты двухмерных СПЧД.