ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ

БЛОКОВ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ БЛОКОВ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

ГП «ГРИН СТАР»ГП «ГРИН СТАР»

Каждый новый этап в развитии Каждый новый этап в развитии ядерной физики сопровождается ядерной физики сопровождается усовершенствованием старых и усовершенствованием старых и

созданием новых методов и созданием новых методов и приборов для регистрации и приборов для регистрации и исследования ионизирующих исследования ионизирующих

излучений излучений

Самые распространенные БД -сцинтилляционные. Самые распространенные БД -сцинтилляционные. В сцинтилляционных БД вторичные электроны В сцинтилляционных БД вторичные электроны возникают при взаимодействии ионизирующих возникают при взаимодействии ионизирующих

излучений с сцинтиллятором (твердым или излучений с сцинтиллятором (твердым или жидким веществом). Световая вспышка жидким веществом). Световая вспышка преобразуется в электрический импульс с преобразуется в электрический импульс с

помощью ФЭУ: классической (стеклянная колба с помощью ФЭУ: классической (стеклянная колба с вакуумом) или– твердотельный, кремниевый. вакуумом) или– твердотельный, кремниевый.

В состав БД входит узел включения ФЭУ с В состав БД входит узел включения ФЭУ с резисторным делителем, либо новая разработка – резисторным делителем, либо новая разработка –

активный делитель с цифровой АЦП и активный делитель с цифровой АЦП и интерфейсным модулеминтерфейсным модулем

Рассмотрим несколько новых видов Рассмотрим несколько новых видов неорганических сцинтилляторов, с которыми неорганических сцинтилляторов, с которыми сотрудники ГП «Грин Стар» разрабатывали сотрудники ГП «Грин Стар» разрабатывали

спектрометрические БД: YAP, спектрометрические БД: YAP, BGO, LYSO, LaBrBGO, LYSO, LaBr

Для детектирования гамма-излучения при максимальных Для детектирования гамма-излучения при максимальных входных загрузках использовались сцинтилляционные входных загрузках использовались сцинтилляционные кристаллы из алюмоиттриевого перовскита (YAP-кристаллы из алюмоиттриевого перовскита (YAP-

кристалл). YAP-кристалл имеет постоянную времени кристалл). YAP-кристалл имеет постоянную времени высвечивания 27 нс, что позволяет получить сигнал с высвечивания 27 нс, что позволяет получить сигнал с

временем нарастания 20-30 нс и временем спада ~ 150 нс временем нарастания 20-30 нс и временем спада ~ 150 нс и соответственно значительно увеличить и соответственно значительно увеличить

быстродействие системы относительно широко быстродействие системы относительно широко используемых кристаллов из NaJ(Tl) и CsJ(Tl). используемых кристаллов из NaJ(Tl) и CsJ(Tl).

БД с линейкой YAP-кристаллов используются в Грин Стар БД с линейкой YAP-кристаллов используются в Грин Стар при производстве гамма – интроскопов, работающих в при производстве гамма – интроскопов, работающих в

жестких радиационных полях (входная загрузка до жестких радиационных полях (входная загрузка до

2,5•102,5•106 6 с-с-11).).

Кристаллы ортогерманата висмута BGO обладают по Кристаллы ортогерманата висмута BGO обладают по сравнению с NaJ(Tl), более высокой поглощающей сравнению с NaJ(Tl), более высокой поглощающей

способностью, что позволяет значительно снизить способностью, что позволяет значительно снизить объем детектора (плотность 2:1). Кроме того, этот объем детектора (плотность 2:1). Кроме того, этот

сцинтиллятор имеет малую чувствительность к сцинтиллятор имеет малую чувствительность к нейтронам, что оказывается удобным при измерении нейтронам, что оказывается удобным при измерении гамма - излучения в смешанных полях. Существенный гамма - излучения в смешанных полях. Существенный

недостаток – низкий световой выход. недостаток – низкий световой выход. Для кристаллов BGO получено энергетическое Для кристаллов BGO получено энергетическое разрешение от 9,5 до 12%. БД с кристаллами разрешение от 9,5 до 12%. БД с кристаллами

BGO используются в переносном комплексе СКС-14П BGO используются в переносном комплексе СКС-14П «Шелеспер», предназначенном для идентификации «Шелеспер», предназначенном для идентификации

опасных, в том числе взрывчатых веществ в объекте опасных, в том числе взрывчатых веществ в объекте наносекундным нейтронным методом анализананосекундным нейтронным методом анализа

Еще один из перспективных сцинтилляционных материалов - LYSO. Еще один из перспективных сцинтилляционных материалов - LYSO. Он имеет сходные с BGO характеристики по энергетическому Он имеет сходные с BGO характеристики по энергетическому

разрешению (от 7 % до 11 %). Плотность и эффективный разрешению (от 7 % до 11 %). Плотность и эффективный атомный номер кристаллов LYSO также близки к BGO и, атомный номер кристаллов LYSO также близки к BGO и, соответственно, кристаллы LYSO имеют близкую, хотя и соответственно, кристаллы LYSO имеют близкую, хотя и несколько большую, эффективность регистрации от BGO. несколько большую, эффективность регистрации от BGO.

Отличительной особенностью кристаллов LYSO по сравнению с Отличительной особенностью кристаллов LYSO по сравнению с NaJ(Tl) и BGO является существенно меньший температурный NaJ(Tl) и BGO является существенно меньший температурный

коэффициент (0,04 %/оС), что является важным при коэффициент (0,04 %/оС), что является важным при использовании детекторов, работающих в разных климатических использовании детекторов, работающих в разных климатических условиях. Основным преимуществом LYSO является существенно условиях. Основным преимуществом LYSO является существенно меньшая постоянная времени спада светового импульса – 40 нс. меньшая постоянная времени спада светового импульса – 40 нс.

Это позволяет сформировать существенно более короткий Это позволяет сформировать существенно более короткий импульс на выходе детектора. Основной недостаток кристаллов импульс на выходе детектора. Основной недостаток кристаллов

LYSO – высокая собственная радиоактивность, обусловленная LYSO – высокая собственная радиоактивность, обусловленная изотопом 176Lu.изотопом 176Lu.

При световыходе большем световыхода NaJ(Tl), кристаллы При световыходе большем световыхода NaJ(Tl), кристаллы галогенида лантана LaBr3(Ce) обладают гораздо более высоким галогенида лантана LaBr3(Ce) обладают гораздо более высоким

энергетическим разрешением (от 2,5 до 3,5 %) и коротким энергетическим разрешением (от 2,5 до 3,5 %) и коротким временем высвечивания 26 нс, что привлекает к ним большой временем высвечивания 26 нс, что привлекает к ним большой

интерес. Однако трудности, связанные с характерным интерес. Однако трудности, связанные с характерным радиоактивным загрязнением месторождений лантаноидов и радиоактивным загрязнением месторождений лантаноидов и

сильной анизотропией температурного коэффициента линейного сильной анизотропией температурного коэффициента линейного расширения, приводят к сложным технологиям и высокой расширения, приводят к сложным технологиям и высокой стоимости продукции. Для бромида лантана световыход стоимости продукции. Для бромида лантана световыход

превышающий световыход NaJ(Tl) 130/100. На базе кристаллов превышающий световыход NaJ(Tl) 130/100. На базе кристаллов LaBr3(Ce) производятся блоки детектирования, обладающие LaBr3(Ce) производятся блоки детектирования, обладающие

уникальными свойствами для класса сцинтилляционных уникальными свойствами для класса сцинтилляционных детекторов.детекторов.

Органические сцинтилляторы – как пластические, Органические сцинтилляторы – как пластические, так и жидкостные – по прежнему оказываются так и жидкостные – по прежнему оказываются предпочтительными при решении многих задач предпочтительными при решении многих задач

радиационных измерений. радиационных измерений.

Достоинства: короткое время высвечивания Достоинства: короткое время высвечивания (менее 10 нс), позволяющее работать при больших (менее 10 нс), позволяющее работать при больших

импульсных загрузках,импульсных загрузках, высокий световой выход при сцинтилляции, высокий световой выход при сцинтилляции, возможность изменения состава, объема и возможность изменения состава, объема и

формы. формы.

Органические сцинтилляторы – как пластические, Органические сцинтилляторы – как пластические, так и жидкостные – по прежнему оказываются так и жидкостные – по прежнему оказываются предпочтительными при решении многих задач предпочтительными при решении многих задач

радиационных измерений. радиационных измерений.

Достоинства: короткое время высвечивания Достоинства: короткое время высвечивания (менее 10 нс), позволяющее работать при больших (менее 10 нс), позволяющее работать при больших

импульсных загрузках,импульсных загрузках, высокий световой выход при сцинтилляции, высокий световой выход при сцинтилляции, возможность изменения состава, объема и возможность изменения состава, объема и

формы. формы.

На базе жидкостного органического На базе жидкостного органического сцинтиллятора в ГП «Грин Стар» разработано сцинтиллятора в ГП «Грин Стар» разработано

устройство детектирования УДБТ-003, устройство детектирования УДБТ-003, предназначенное для регистрации альфа, бета- предназначенное для регистрации альфа, бета- излучающих радионуклидов в счетных образцах, излучающих радионуклидов в счетных образцах,

представляющих собой смесь исследуемого представляющих собой смесь исследуемого раствора и жидкого сцинтиллятора. раствора и жидкого сцинтиллятора.

Эффективность регистрации бета- излучающих Эффективность регистрации бета- излучающих радионуклидов 3Н ≥ 38 %, 14С ≥ 98 % и радионуклидов 3Н ≥ 38 %, 14С ≥ 98 % и

90Sr/90Y ≥ 99 %. 90Sr/90Y ≥ 99 %.

Одно из новых направлений ГП «Грин Стар» - Одно из новых направлений ГП «Грин Стар» - создание БД с твердотельными создание БД с твердотельными Si Si ФЭУ серии ФЭУ серии

Array Ирландской компании SensL. Array Ирландской компании SensL. Si Si ФЭУ Array представляет собой твердотельный ФЭУ Array представляет собой твердотельный

массив, установленный в низкопрофильный массив, установленный в низкопрофильный керамический или стальной корпус. Считывание керамический или стальной корпус. Считывание

информации с информации с Si Si ФЭУ осуществляется через ФЭУ осуществляется через контакты, посредством которых подложка контакты, посредством которых подложка соединяется с печатной платой. Благодаря соединяется с печатной платой. Благодаря

компактным габаритным размерам и низкому компактным габаритным размерам и низкому профилю (около 10 мм включая контакты) профилю (около 10 мм включая контакты) Si Si ФЭУ ФЭУ

Array интегрирована в БД, имеющий предельно Array интегрирована в БД, имеющий предельно малые размеры. малые размеры.

Встроенный в Встроенный в Si Si ФЭУ цифровой датчик температуры ФЭУ цифровой датчик температуры снимает показания с точностью ± 0.1 °C, позволяя снимает показания с точностью ± 0.1 °C, позволяя

внутренней электронике с высокой точностью внутренней электронике с высокой точностью компенсировать значения коэффициента усиления компенсировать значения коэффициента усиления Si Si ФЭУ ФЭУ

при изменении температуры на поверхности при изменении температуры на поверхности детекторной матрицы. детекторной матрицы. Si Si ФЭУ работает от ФЭУ работает от

низковольтного напряжения менее 30 В, исключая низковольтного напряжения менее 30 В, исключая необходимость изготовления высоковольтного питания. необходимость изготовления высоковольтного питания.

Si Si ФЭУ не чувствителен к магнитным полям с ФЭУ не чувствителен к магнитным полям с напряженностью до 7 тесла.напряженностью до 7 тесла.

Основные характеристики Основные характеристики Si Si ФЭУ :ФЭУ :

-эффективность регистрации фотонов при 420 нм более эффективность регистрации фотонов при 420 нм более 40%;40%;-- температурная зависимость менее 20 мВ/°C;- температурная зависимость менее 20 мВ/°C;-- различные конфигурации (одноканальные и - различные конфигурации (одноканальные и многоканальные матрицы);многоканальные матрицы);- относительно низкая стоимость при серийных заказах - относительно низкая стоимость при серийных заказах менее 20 евро/шт.менее 20 евро/шт.

Разработка ГП «Грин Стар» – Разработка ГП «Грин Стар» – БД с активным делителем, БД с активным делителем, процессором импульсных процессором импульсных

сигналов и интерфейсным сигналов и интерфейсным модулем посредством модулем посредством

USB USB или или RSRS

Перспективное направление - создании новых Перспективное направление - создании новых цифровых БД, имеющих внутреннюю цифровых БД, имеющих внутреннюю

спектрометрическую программу в операционной спектрометрическую программу в операционной системе Linux. системе Linux.

Цифровой БД имеет дополнительно к Цифровой БД имеет дополнительно к сцинтиблоку усилитель предварительного сигнала, сцинтиблоку усилитель предварительного сигнала,

процессор импульсных сигналов и узел процессор импульсных сигналов и узел интерфейса. Связь с цифровым БД интерфейса. Связь с цифровым БД

осуществляется по проводной сети Ethernet, осуществляется по проводной сети Ethernet, через USB порт или канал связи RS485/232, а через USB порт или канал связи RS485/232, а

также может комплектоваться модулем для также может комплектоваться модулем для беспроводной связи WiFi. беспроводной связи WiFi.

Всё управление цифровым БД проводится через Всё управление цифровым БД проводится через браузер с компьютера, смартфона или браузер с компьютера, смартфона или

планшетного компьютера, подключенного к планшетного компьютера, подключенного к локальной или глобальной сети. Предусмотрено локальной или глобальной сети. Предусмотрено

несколько уровней доступа к просмотру и несколько уровней доступа к просмотру и настройке цифровым БД. В БД могут быть настройке цифровым БД. В БД могут быть

установлены программы для обработки спектров, установлены программы для обработки спектров, планирования измерений и любые другие планирования измерений и любые другие

программы по техническому заданию заказчика.программы по техническому заданию заказчика.

Области применения сцинтилляционных

спектрометрических БД Грин Стар:

… исследования в атмосферной оболочке Земли и космических

объектов…

…гидросфера и поверхности дна океанов…

погружные блоки…

состав одного из блоков…

Результаты использования…

…исследования поверхности Земли…

…использование сцинтилляционных БД при

контроле подземных хранилищ отходов (паспортизаторы ТРО)

Таблица 1.

Сцинтилляционные БД в СКС-0Сцинтилляционные БД в СКС-088ПП--ГГ «КОЛИБРИ» «КОЛИБРИ» версия УС-005 с новым интерфейсомверсия УС-005 с новым интерфейсом

Новый процессор +Новый процессор + новая «прошивка» +новая «прошивка» +

новый программист =новый программист = новый спектрометрновый спектрометр

Таблица 1.

USB- USB- СПЕКТРОМЕТРСПЕКТРОМЕТР

УСТРОЙСТВО УСТРОЙСТВО СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОЕ

УС-006УС-006

Спектр Спектр Cs-137 Cs-137 и и Co-60Co-60 на на детекторе с кристаллом детекторе с кристаллом LaBr, LaBr,

подключенным кподключенным к УС-005 УС-005

Таблица 1.

Сцинтилляционные БД в программно-аналитическом комплексе Сцинтилляционные БД в программно-аналитическом комплексе для сканирования зоны реактора и специального для сканирования зоны реактора и специального

технологического оборудования по мощности дозы гамма-технологического оборудования по мощности дозы гамма-излучения, плотности потока быстрых и тепловых нейтронов, а излучения, плотности потока быстрых и тепловых нейтронов, а

также по составу радиоактивных изотоповтакже по составу радиоактивных изотопов

Комплекс «Шелеспер»

Состав установки:1. Блок детектирования (БД)

2. Базовый блок (ББ)

3. Блок обработки (БО) (защищенный ноутбук со специализированным программным обеспечением)

4. Комплект соединительных кабелей

Комплекс спектрометрической аппаратуры осуществляет Комплекс спектрометрической аппаратуры осуществляет регистрацию и спектрометрию гамма излучения и регистрацию и спектрометрию гамма излучения и

регистрацию нейтронного излучения с целью получения регистрацию нейтронного излучения с целью получения информации о радионуклидном составе вещества, информации о радионуклидном составе вещества,

степени обогащения делящихся материалов, таких как U-степени обогащения делящихся материалов, таких как U-235 , Pu-239235 , Pu-239

Комплекс спектрометрической аппаратуры осуществляет Комплекс спектрометрической аппаратуры осуществляет регистрацию и спектрометрию гамма излучения и регистрацию и спектрометрию гамма излучения и

регистрацию нейтронного излучения с целью получения регистрацию нейтронного излучения с целью получения информации о радионуклидном составе вещества, информации о радионуклидном составе вещества,

степени обогащения делящихся материалов, таких как U-степени обогащения делящихся материалов, таких как U-235 , Pu-239235 , Pu-239

При окончании набора или запуске анализа происходит идентификация радионуклидов

Москва 2004

Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!

www.greenstar.ruwww.greenstar.ru((499499)943-20-31)943-20-31((499499)943-27-94)943-27-94

Список Список сосоисполнителей:исполнителей:

А.Ю.КазенновА.Ю.Казеннов, , О.Е.Кикнадзе НИЦ «Курчатовский институт»;О.Е.Кикнадзе НИЦ «Курчатовский институт»;

А.ОА.О. Павлюк . Павлюк ФГУП «СХК»;ФГУП «СХК»;

Малиновский С.В., Каширин И.А., Ермаков А.И., Тихомиров В.А., Соболев А.И.Малиновский С.В., Каширин И.А., Ермаков А.И., Тихомиров В.А., Соболев А.И.• ГУП Мос НПО «Радон» ГУП Мос НПО «Радон»