Multi-energy techniques for radiographic monitoring of chemical composition

A theoretical model of multi-energy radiography (MER) are proposed. It is shown that, as distinct from the conventional radiography, MER allows identification of organic substances and control of their chemical composition. Broad prospects are noted for MER application, specifically, for detection of prohibited substances (explosives, drugs, etc.) during customs and anti-terrorist safety inspection.Comment: 4 pages, 1 figure, RMA-2002 Conference, Ann Arbor, Michigan, US

Interaction of nuclear radiations with scintillation crystals ZnSe(O, Te)

The experimental data on the irradiation of ZnSe(О,Те)-crystals with γ-quanta, protons and neutrons are presented and discussed. The mechanism for heightening the concentration of luminescence centers of C1-type ZniVZnТеSe (λmax≈640 nm) and C2-type VZnZniОSe (λmax≈605 nm), accompanied by an increase in the radioluminescence intensity, is submitted. During p-irradiation, hydrogen, generated in the process of proton thermalization, interacts with oxygen that the C2-centers contain, which results in the C2-center destruction, a decrease in the intensity and the λ max shift towards the long-wave range.Приведены результаты экспериментов по облучению кристаллов ZnSe(О,Те) γ-квантами, протонами, нейтронами. Предложен механизм увеличения при n-облучении концентрации центров люминесценции Ц1 типа ZniVZnТеSe (λmax≈640 нм) и Ц2 типа VZnZniОSe (λmax≈605 нм), сопровождающий возрастанием интенсивности I радиолюминесценции (РЛ). При p-облучении водород, образующийся в процессе термализации протонов, взаимодействует с кислородом, входящим в состав Ц2; это приводит к разрушению Ц2, уменьшению I РЛ и к длинноволновому сдвигу λmax.Наведено результати експериментів з опромінення кристалів ZnSe(О,Те) γ-квантами, протонами, нейтро- нами. Запропоновано механізм збільшення під час n-опромінення концентрації центрів люмінесценції Ц1 типу ZniVZnТеSe (λmax≈640 нм) та Ц2 типу VZnZniОSe (λmax≈605 нм), якиї супроводжується зростанням інтенсивності I радіолюмінесценції (РЛ). Під час p-опромінення водень, що утворюється в процесі термалізації протонів, взаємодіє з киснем, який входить до складу Ц2; це призводить до зруйнування Ц2, зменшення I РЛ та до довгохвильового зсуву λmax

Radiation destruction and internal friction in silicon single crystals

The study of radiation defects in silicon single crystals of different orientation is carried out by means of methods of internal friction (IF) and electrical resistance. At the mechanical damping measurement a strategy of low-frequency flexible oscillations (f ~ 5 Hz) was used during the process of irradiation with α-particles. The descending curves and anomalous inverted hysteresis effect of IF versus amplitude of cyclic deformation were observed. The results were explained by the processes of ionization by induced infra-red radiation and charged dislocation-point defects association interaction.Методом внутрішнього тертя та електричного опору вивчене утворення радіаційних дефектів в монокристалах кремнію різної орієнтації. При механічному дослідженні застосовували метод низькочастотного (f~5 Гц) пружного впливу на зразки, що опромінювалися α-частками. Були виявлені спадаючі криві й аномальний інвертований ефект гістерезису зворотної амплітуди циклічної деформації. Результати можна пояснити процесами взаємодії інфрачервоних променів із зарядженими дислокаційноточковими асоціатами.Методом внутреннего трения и электрического сопротивления изучено образование радиационных дефектов в монокристаллах кремния различной ориентации. При механическом исследовании применяли метод низкочастотного (f~5 Гц) упругого воздействия на образцы, облучаемые α-частицами. Были обнаружены убывающие кривые и аномальный инвертированный эффект гистерезиса обратной амплитуды циклической деформации. Результаты можно объяснить процессами взаимодействия инфракрасных лучей с заряженными дислокационно-точечными ассоциатами

Scintillation neutron detector on the basis of boron-containing plastics

Main parameters are presented for plastic scintillators containing boron. These scintillators were obtained by the block polymerization method of polystyrene with luminescent dopants and allyldodecaborane. Sample dimensions: diameter 25 mm, height 25 mm. Parameters studied included light output, sensitivity to neutrons and time characteristics.У роботі представлені основні параметри пластмасових сцинтиляторів, які містять бор. Ці сцинтилятори одержані за допомогою методу блочної полімеризації полістиролу з домішками, що випромінюють люмінесценцію та алилдодекабораном. Розміри зразків: Ø25х25 мм. Досліджені світловий вихід, чутливість до нейтронів та компоненти висвічування.В работе представлены основные параметры пластмассовых сцинтилляторов, содержащих бор. Эти сцинтилляторы получены методом блочной полимеризации полистирола с люминесцирующими добавками и аллилдодекабораном. Размеры образцов: диаметр 25 мм и высота 25 мм. Исследованы световой выход, чувствительность к нейтронам и времен- ные характеристики

Combined detectors of charged particles based on zinc selenide scintillators and silicon photodiodes

Combined detectors of charged particles are described based on zinc selenide (ZnSe(Te)) crystals, silicon photodiodes and charge-sensitive amplifiers. ZnSe(Te) scintillators are characterized by high alpha to beta ratio (~1.0), good scintillation efficiency (up to 22%), and high radiation stability (up to 100 Mrad), together with good spectral matching with silicon PIN photodiodes. The signals coming from the photodiode in the two modes (photoreceiver and semiconductor detector) differ in the amplitude values and pulse duration, which opens new possibilities for development and application of such combined detectors

Detectors of charged particles and low-energy gamma-quanta on the basis of Ticor single crystals

Scintillation characteristics have been studied for detectors of charged particles and low-energy gamma-quanta produced on the basis of Ticor single crystals.У роботі представлені результати досліджень сцинтиляційних характеристик детекторів заряджених часток і низькоенергетичних гамма-квантів на основі кристалів тікору.В работе представлены результаты исследований сцинтилляционных характеристик детекторов заряженных частиц и низкоэнергетических гамма-квантов на основе кристаллов тикора

Properties uniformity studies for scintillation elements of 1D- and 2D-matrices on the basis of crystals ZnSe(Te), CdWO₄, CsI(Tl), Bi₃Ge₄O₁₂

Results are presented on parameters of light output and uniformity of scintillation properties of 1D and 2D-matrices for different conditions of their preparation. It has been shown that with grinded scintillators based on ZnSe(Te) and CdWO₄ light output is higher as compared with the polished ones. Energy resolution and light output have been measured for 2D-scintillators on the basis of CdWO₄, CsI(Tl), ZnSe(Te) for γ-radiation and α-particles from ²³⁵Pu. Advantages of 2D-scintillators over monolithic scintillators are shown.Представлено результати досліджень параметрів світлового виходу й однорідності сцинтиляційних властивостей 1D- і 2D-матриць у залежності від умов їх виготовлення. Показано збільшення світлового виходу шліфованих сцинтиляторів на основі ZnSe(Te) і CdWO₄ щодо полірованих елементів. Досліджено енергетичне розділення та світловий вихід 2D-сцинтиляторів на основі ZnSe(Te) для α--часток ²³⁵Pu. Показано перевагу 2D-сцинтиляторів у порівнянні з монолітними сцинтиляторами.Представлены результаты исследований параметров светового выхода и однородности сцинтилляционных свойств 1D- и 2D-матриц в зависимости от условий их изготовления. Показано увеличение световыхода шлифованных сцинтилляторов на основе ZnSe(Te) и CdWO₄ относительно полированных элементов. Исследовано энергетическое разрешение и световыход 2D-сцинтилляторов на основе ZnSe(Te) для α-частиц ²³⁵Pu. Показано преимущество 2D-сцинтилляторов по сравнению с монолитными сцинтилляторами

Increasing informativity of digital radiographic systems

In this paper questions of improving the information content of radiographic images is considered. Source of the new information is X-ray images of inspected object registered in several energy ranges. Three energy X-ray images of test objects with an effective atomic number from 7.08 to 8.07 were obtained. Using a photodiode-scintillator type detectors based on scintillator ZnSe(Te) the accuracy of substances separation by the effective atomic number ∼5 % was achieved. We proposed a method for reconstructing the energy dependence of the mass attenuation coefficient

On the choice of scintillators for "scintillator-photodiode" detectors for digital radiography

As market proposal of various scintillators with different characteristics is rapidly increasing, it becomes more and more difficult to assess them from the viewpoint of the effects of this or that scintillator property upon parameters of digital X-ray radiography systems. Therefore, optimum choice of scintillators for "scintillator-photodiode" (S-PD) type detectors is a very important aspect in the development and design of new radio -graphic systems. We propose a simple procedure for making this choice, which uses linear matrices of S-PD detectors. It allows evaluation of changes in the relative sensitivity of a radiographic system with variation of the movement speed of the inspected object and the radiation energy on the basis of amplitude-time characteristics of scintillators (decay time and afterglow, light output). Amplitude-time characteristics are presented for scintillat ors ZnSe(Te), Csl(TI), CdWO4. On the basis of these data, it is proposed to use ZnSe(Te) in the 20-100 keV range at object movement speed up to 10 cm/s, Csl(TI) — 90—500 keV up to 10 cm/s, CdWO4 150 keV at the speeds up to 500 cm/s.В связи с увеличением количества предложении на рынке сцинтилляторов с различными характеристиками, трудно оценить их по влиянию тоИ или иноИ характеристики сцинтиллятора на параметры цифровоИ рентгенографической системы. Поэтому актуален подбор сцинтиллятора для детекторов типа сцинтиллятор-фотодиод (СЦ-ФД) при проектировании и создании рентгенографических систем. Нами предлагается простая методика выбора сцинтилляторов для цифровоИ радиографии, использующих линеИные матрицы детекторов типа СЦ-ФД. Она позволяет на основе амплитудно-временных характеристик сцинтиллятора (временные зависимости высвечивания и послесвечения, световыход) оценивать изменение относительноИ чувствительности радиографическоИ системы в целом при изменении скорости перемещения объекта и энергии ионизирующего излучения. Приводятся амплитудно-временные характеристики сцинтилляторов ZnSe(Te), Csl(TI), CdWO4. На основании этих данных предлагается использовать ZnSe(Te) в диапазоне 20-100 кэВ при скорости объекта не более 10 см/с, Csl(TI) — 90-500 кэВ до 10 см/с, CdWO4 150 кэВ при скорости до 500 см/с.У зв’язку з підвищєною кількістю пропозиціИ на ринку сцинтиляторів з різними характеристиками, важко оцінити їх за впливом тієї чі іншої характеристики сцинтилятору на параметри цифрової рентгенографічної системи. Тому підбір сцинтилятора до детектора типу сцинтилятор-фотодіод (СЦ-ФД) при проектуванні та створенні рент-генографичних систем є актуальним. Нами пропонується проста методика вибору сцинтиляторів до цифрової радіографії, що використовують лініИну матрицю детекторів типу СЦ-ФД. Вона дозволяє на підставі амплітудно-часової характеристики сцинтилятора (часова залежність висвітлення та післясвітіння, світловихід) оцінювати зміну відносної чутливості радіографічної системи у цілому при зміні швидкості переміщення об’єкту та енергії іонізуючого випромінення. Наводяться амплітудно-часові характеристики сцинтиляторів ZnSe(Te), Csl(TI), CdWO4. На підставі цих даних пропонується застосовувати ZnSe(Te) в діапазоні 20-100 кеВ при швидкості об’єкту не більш ніж 10 см/с, Csl(TI) — 90-500 кеВ до 10 см/с, CdWO4 150 кеВ при швидкості до 500 см/с

Multi-layer fast neutron detectors based on composite heavy-oxide scintillators for detection of illegal nuclear materials

The article of record as published may be found at https://doi.org/10.1016/j.nima.2018.06.074We developed and characterized a new type (designated ZEBRA) of multi-layer composite heavy-oxide scintillator detectors for fast neutron detection for homeland security and nuclear safeguards applications. In this heterogeneous detector medium, composite layers comprised of micro-granules of heavy-oxide scintillators (ZWO, CWO, PWO, BGO, GSO(Ce), GOS(Ce) and others) dispersed in transparent plastic are alternated with layers of clear plastic that serve as scintillation light guides and as a neutron moderator material. The physical peculiarities of the neutron interactions and the principal mechanisms of fast neutron registration in these detectors are discussed in detail. The fast neutron intrinsic detection efficiencies and sensitivities of ZEBRA-detectors based on BGO, ZWO and GSO(Ce) composite scintillators in response to neutrons from 239Pu–Be and 252Cf sources were measured. These detectors had cross-sectional areas ranging from 16 to 100 cm2. The sensitivities of such detectors of size 100 × 100 × 41 mm3 were found to be 40–51 cps/(nps × cm−2), a level that is comparable to the sensitivity of a typical 3He counter of 1600 cm2 area. The intrinsic efficiencies and sensitivities of the ZEBRA-detectors also compare favorably with those of fast neutron detectors based on large-size heavy-oxide single crystals, but the multi-layer composite ZEBRA structures are much less expensive and can be easily manufactured in much larger dimensions. This work represents a significant advance from earlier single-crystal detector types as part of our effort to explore alternatives and improvements to conventional 3He counters