Способ акустического детектирования ионизирующего излучения

А Н Е Союз СоветскихСоциалистических Республик 11 78 7 ИЗОБРЕ Х АВТОРСКОМУ(22) Заявлено 31,05.7 с присоединением за (23) Приоритет - (43) Опубликовано 23 (45) Дата опубликова 4264/18-2 и -Гасударственный комитет СССР по делам изобретенийыния И, Кузнецов Научно-испри ТомскомТрудового К ледовательский ордена Октяб расного Знамен им,С.М(54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ЕТЕКТИРОВАНУЧЕНИЯ Изобретение относится к технике изме- рения ядерных излучений, а именно к измерению интенсивности и спектрального раснределения заряженных частиц, гамма- квантов, нейтронов, сопровождающих ядерные реакции, и может найти применение в ядерной физике и областях техники, где возникает необходимость измерения ионизирующих излучений,Известен способ акустической регистрации ионизирующих излучений, заключающийся в том, что излучение пропускают через среду, например свинец, алюминий, и регистрирует ультразвуковые колебания среды, возникающие в результате температурных напряжений в треке 11.К недостаткам данного способа следует отнести возможность регистрации только заряженных частиц с высокой плотностью ионизации (таких, как многозарядные ионы (Е)80) или гамма-квантов с энергией больше 10" эв, что связано с величиной порога регистрации существующей аппаратуры (примерно 10" см); сильное перепоглощение ультразвуковыхколебаний в среде, в результате чего регис 1 грируемый сигнал подавлен в 2 - 10 раз.Ближайшим к предлагаемому является способ акустической регистрации излучения, заключающийся в том, что звуковой и В, Н, Слиико". 1 А гинститут ядерной физикиьской Революции и орденаполитехническом институтеКирова сигнал от внешнего источника пропускают через акустически проводящую среду, например дистиллированную воду, облучают среду детектируемым излучением и изме ряют степень гармонического искажениязвукового сигнала, возникающую в результате изменения линейной динамической упругости акустической среды на нелинейную при поглощении энергии ионизирую щего излучения 21.Малые величины деформации, создаваемые ионизируюшим излучением, приводят к тому, что данный способ позволяет регистрировать также излучения с высокой 15 плотностью нснизацип или интегральныепотоки, что существенно повышает, энергетический порог регистрации.Цель изобретения - расширение энергетического диапазона регистрации.20 В известном способе акустического детектирования ионизирующего излучения, заключающемся в том, что звуковой сиг.нал от внешнего источника пропускают через акустически проводящую среду, об лучают среду детектируемым излучениеми измеряют степень искажения звукового сигнала; -в качестве среды используют материал, находящийся в сверхйроводящем состоянии, измеряют изменение интенсивности прошедшей звуковой волны при облучении сверхпроводника ионизирующим излучением. А также тем, что в качестве акустически проводящей среды используют сверхпроводники с сильной связью.Звуковая волна при прохождении через металлы взаимодействует с ними посредством следующих механизмов: рассеяние звука решеткой, рассеяние звука на свободных электронах, поглощение звука.При температурах значительно меньших, чем дебаевская ( - 100 К) температура, вероятность рассеяния звуковой волны решеткой обычно меньше,чем вероятность рассеяния ее электронами; в свою очередь, сечение поглощения звука свободными электронами превышает сечение рассеяния электронами в - 10 раз (в рас. сматриваемой области низких температур). Сильное затухание ультразвуковой волны, связанное с электронами проводимости, приводит к тому, что при переходе материала в сверхпроводящее состояние наблюдается резкое уменьшение поглощения звука с понижением температуры ниже Т,. - температуры перехода в сверхпроводящее состояние. Это связано с тем, что если в нормальном металле возможен процесс поглощения фонона (кванта звукового колебания) ультразвуковой волны любой частоты, то в сверхпроводнике соответствующий процесс рождения фононом пары возбуждений при ТТ,. оказывается возможным только в случае, когда энергия фонона не меньше порогового значения, равного Аж=28(Т), где Ьвй энергия кванта звуковой волны 6. - .2- нормированная постоянная Планка; а частота звуковой волны; 2 Ь(Т) - удвоенная величина щели в энергетическом спектре нормальных электронов. При Ьа 2 Ь(Т) ультразвуковая волна поглощается лишь нормальными электронами, находящимися вне конденсата куперовских пар, количество которых резко падает с уменьшением температуры ниже Т Отношение коэффициентов поглощения звука в сверхпроводящем (7,) и нормальном состояниях (7) описывается следующей формулойчю2да (2.( Т),1-;-ехрТНаиболее сильное изменение коэффициента поглощения звука наблюдается в сверхпроводниках с сильной связью, таких как ниобий, свинец. Так, если в обычном случ,ае коэффициент в формулеТ - Т,:а 1 --равен а=3,06, то для свинца а=4, что и определяет более резкое убывание затуханияультразвука с понижением температурыниже Т5 Поглощение энергии ионизирующегоизлучения сверхпроводником приводит кобразованию нормальных электронов засчет разрушения куперовских пар и разогрева решетки, локальный разогрев решет 10 ки, в свою очередь, приводит к образованию нормальных электронов. В результатеувеличивается коэффициент поглощениязвука в области трека, Расчеты показали,что при прохождении альфа-частицы сэнергией 1 МЗВ через ниобий, находящийся в сверхпроводящем состоянии приТ=4,2 К, коэффициент поглощения звука втреке увеличивается больше, чем .15 раз.Один из вариантов устройства, реализу 20 ющего данный способ, приведен на чертеже.Детектор состоит из сверхпроводящегоматериала цилиндрической формы 1 (например, ниобия), на торцах которого рас 25 положены пьезоэлектрические датчики 2 и3, один из которых выполняет функциюисточника .звуковых колебаний (2), второй - приемника (3), Детектор монтируется на хладопроводе 4, который осущеЗ 0 ствляет тепловой контакт детектора состенками криостата 5, погруженного вжидкий гелий. Рабочая температура детектора ТТ, Звуковые колебания частотой со - 10 Гц генератора б черезз 5 датчик 2 поступают в объем сверхпроводника, При Л 2 Л (Т) звуковая волна про.ходит через сверхпроводник без поглощения и поступает на приемник 3, При попадании ионизирующего излучения в сверх 40 проводник, происходит резкое повышениечисла нормальных электронов в треке и,соответственно, коэффициента, Это приводит к модуляции интенсивности звуковойволны, поступающей в датчик 3, что и яв 45 ляется сигналом о попадании излучения вдетектор, Полезный сигнал проходит черезбуферный каскад 7, который согласуетнизкоомное выходное сопротивление детектора с высокоомным входным сопротивле 50 нием слектрометрического тракта. В спектрометрическом тракте 8 проводится обычная обработка полезного сигнала до параметров, необходимых для работы амплитудного анализатора 9.55 Использование предлагаемого изобретения обеспечивает расширение энергетического диапазона регистрации ионизирующего излучения в сторону низких энергий по меньшей мере в 10 раз по сравне 50 нию с прототипом,Ф ормула изобретения1. Способ акустического,детектирования ионизирующего излучения, заключаю:щийся в том, что звуковой сигнал от внешнего источника пропускают через акусти чески проводящую среду, облучают среду детектируемым излучением и измеряют степень искажения звукового сигнала, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения энергетического диапазона детектирования, в качестве среды используют материал в сверхпроводящем состоянии и измеряют изменения интенсивности звукоззой волны в результате облучения. аказ 450/419 Изд.148Г 10 Поиск Государственного комитс113035, Москва, Ж 62. Способ акустического детектирования по п, 1, отличающийся тем, чтов качестве акустически проводящей средыиспользуют сверхпроводники с сильной5 связью,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе 11, Калиниченко А, И, и Ладурик-Эльцуфин В. Т., ЖЭТФ, 1973, т, 65, с. 12,10 2. Патент США3991313, опубл, 1976(прототип),Тираж 719 ПодписноеСССР по делам изобретений и открытий Раушская наб д 4/5