Дозиметр

(56 кл. С 01Заявк кл. С 01 (54) (57) ствитель виде пла несенной ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ 3310582/18-2513.04.8130,04,86, Бюл. У 16Научно-исследовательский инстидерной физики при Томском поли"ическом институте им.С.И.КироваА.Д.Погребняк и Е.И.Розум621.38682(088.8)Заявка Японии В 44-14160,01 Т 1/02, опублик, 1969тент США У 3453430,Т 1/02, опублнк. 1969.а Японии У 45-8220,Т 1/202, опублик. 19701. ДОЗИМЕТР, содержащий чувный элемент, выполненный встины из монокристалла с напленкой, и регистрирующее,801026550 А устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона изменяемых поглощенных доз, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиационного изменения модуля упругости, отличным от коэффициента радиационного изменения модуля упругости монокристалла, а регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба.2, Дозиметр по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции дозиметра, чувствительный элемент одним концом закреплен в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным устройством-измерителем деформации.1 1Изобретение относится к дозиметрии ионизирующего излучения при работе в активных зонах ускорителей и реакторов.Известны устройства измерения дозы излучений, в которых имеется чувствительный элемент (датчик), выполненный иэ материала (например, сернистого кадмия или кадмийселенового сплава), у которого электрическое сопротивление меняется пропорционально дозе . облучения. Чувствительный элемент выполнен в виде зигзагообразных электродов и при облучении меняется сопротивление, изменение которого фиксируется измерительным прибором,Недостатком данного устройства является малая доза измеряемого из, - лучения (не более 10 рад, так как5при дальнейшем увеличении дозы излучения зависимость сопротивления от дозы меняется непропорционально),Известны устройства, которые также используются для измерения малых доз излучения (не более 10 рад) и в коЯторых чувствительным элементом является плавленный кварц. На плавленный кварц направляют поток измеряемого излучения. Под действием излучения изменяется цвет пластинки кварца за счет образования центров окраски.Изменение окраски регистрируют как визуально, так и спектрометром. Эта окраска является индикатором дозы излученияНедостатком этого устройстваявля. ется малая доза измеряемого излучения (до 10 рад) при увеличении дозы более 10 рад наблюдается насы 8щение образования центров окраски,Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде пластины из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее устройство.В известном устройстве чувствительный элемент выполнен изкристалла кремния, покрытого оксидной пленкой. На чувствительный элемент воздействуют потоком ионизирующей радиации, под действием которой поверхность раздела кремниевого кристалла и оксидной пленки изменяет свои электрические характеристики, например электрическое сопротивление. Ве" личина такого радиационного изменения, пропорциональна поглощенной дозе ра 026550 2диации, Это изменение электрическогосопротивления фиксируют электрической схемой и определяют величинупоглощенной дозы радиации.После однократного измерения поглощенной дозы излучения производитсявосстановление свойств чувствительного элемента путем отжига наведенных в нем радиационных дефектов.Такой отжиг осуществляют нагреваниемчувствительного элемента до высокойтемпературы,К недостаткам такого дозиметраотносится небольшой диапазон измеря-емых поглощенных доз (до 10 рад),измерение только одного вида излучения (-излучение),Целью изобретения является расширение диапазона регистрируемыхо поглощенных доз до 10 рад.ЦДля достижения поставленной целив известном устройстве, содержащемчувстцительный элемент в виде пластины из монокристалла с нанесеннойна его поверхность пленкой, регистрирующее,устройствои нагревательчувствительного элемента, пленкачувствителъного элемента выполненаиз материала с коэффициентом радиа 30,ционного изменения модуля упругостиюотличным от радиационного изменениямодуля упругости монокристалла. Регистрирующее устройство выполнено ввиде измерителя деформации изгибачувствительного элемента.Кроме того, с целью упрощенияконструкции дозиметра, пластина чувствительного элемента одним концомзакреплена в корпусе дозиметра, адругой конец связан со стрелочным40,устроиством измерителем деформации.На фиг, 1 представлена схемапредлагаемого устройства; на фиг, 2графически показана зависимость разности коэффициентов упругости для45чувствительных элементов из этихматериалов от дозы облучения тепловыми нейтронами для элемента ВеОА 1 08, на фиг. 3 - то же, участокдля элемента ВеО-СаАв и участок ПЯ для элемента Я 102-81 Представленныекривые указывают на линейный характер изменения разности коэффициентовупругости от дозы облучения и, следовательно, на линейную зависимость55 деформации изгиба от дозы.Дозиметр содержит чувствительныйэлемент 1, представляющий собой монокристалл 2 с нанесенной на него3 1пленкой 3. Пластина чувствительногоэлемента закреплена одним концом вкорпусе 4, шкала 5 и стрелка 6 насвободном конце чувствительного элемента являются измерителем деформа-.ции изгиба пластины чувствительногоэлемента. Нагревателем в данном дозиметре служит источник 7 тока, подключенный одной клеммой к шкале 5,выполненной из металла, а второйклеммой - непосредственно к пластинечувствительного элемента. Ионокристалл выполнен из токопроводящего ма"териала и нагревателя при прохождении через него тока,Устройство работает следующимобразом,Поток ионизирующей радиации падает на чувствительный элемент 1 истимулирует в монокристалле 2 и нанесенной пленке 3 образование дефектов.Как известно, под действием ионизирующей радиации в твердых телахвозникают радиационные нарушения,которые при достаточном количествеведут к изменению химических, физи.ческих, электрических, механическихи прочих свойств. В частности, поддействием радиации существенно изменяются упругие свойства твердых тел,т.е. измЕняется величина модуля упругости и, кроме того, изменяетсяплотность материала, Величина изменения плотности и модуля упругостизависит от материала, вида ионизирующей радиации и величины поглощенной дозы. Чем больше поглощеннаядоза, тем больше изменяется модульупругости и плотность материала.Таким. образом, в чувствительномэлементе 1, состоящем из двух жесткосоединенных пластин из разных материалов, под действием ионизирующейРадиации будут по разному изменятьсягеометрические размеры и модули упругости этих пластин. Одна пластинабудет растягиваться больше, чем вторая, в них возникнутупругие напряже.ния, в результате чего такая парапластин изогнется и примет вид частисферической поверхности с Радиусомизгиба К = Г(0, Кц, С С , К,), гдеР - поглощенная доза излучения; Кц -коэффициент, учитывающий различиедействия разных видов ионизирующейрадиации на механические свойстватвердых тел, т.е. на величину уменьшения плотности материала и уменьше 026550 1ния модуля упругости; Си С - модули упругости первой и второй пластины; К - коэффициент, учитывающийгеометрические параметры чувствительного элемента. При достаточно большомзначении отношения длиныэлементак ширине Н элемент изогнется практически по дуге радиуса К. Необходимоучесть, что значения модулей упру гости Си С , входящие в формулурадиуса изгиба К, также зависят отпоглощенной дозы радиации (ОК).Чем больше эквивалентная поглощеннаядоза О) К), тем больше радиус изги ба чувствительного элемента, и поэтому по величине деформации изгибачувствительного элемента, возникающей за счет поглощения излучения,можно определить с достаточной точ ностью величину поглощенной дозы.Деформацию пластины чувствительногоэлемента измеряют с помощью стрелкии шкалы 5, проградуированной в единицах поглощенных доз.25 В известном устройстве (в прототипе) изменения электрического сопротивления границы раздела пленкаподложка от поглощенной дозы имеетлинейный характер для доз не вышет10 рад. Изменение же под действиемрадиации плотности твердых тел и измерения модуля упругости имеет линейныйхарактер в значительно большем диапазоне поглощенных доз вплоть до 10 35рад. Таким образом, положительныйэффект - расширение диапазона измеряемых поглощенных доз - достигаетсяв предлагаемом изобретении измерением величины деформации упругого изгиба чувствительного элемента.Подбирая материалы для чувствительного элемента (материалы пленкии кристалла) и их геометрическиеразмеры, можно получить такие чувствительные элементы, с помощью которых можно измерять поглощенные дозыв широком диапазоне значений (например, от 102 до 10 рад). Увеличениепоглощенной дозы свыше 10 Рад1) 4(т.е. 10, 10 рад и т,д. ) приводит 50 к тому, что зависимость величины де-формации чувствительного элемента отвеличины поглощенной дозы становитсянепропорциональной или вообще исчезает. Вследствие этого определение 55 поглощенной дозы свыше 10 рад становится или вообще невозможным, илисущественно сложным, Нижнее значениепоглощенной дозы 10 рад определяГосударственного к делам изобретений и сква, Ж, Раушска твенно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 роиз 5 102ется минимальной деформацией чувствительного элемента, которую можноуверенно фиксировать,После однократного измерения поглощенной дозы излучения необходимовосстановление рабочих свойств чувствительного элемента. В предлагаемом дозиметре это осуществляется прогревом чувствительного элемента вью.сокой температуры (600-700 С) .втечение 5-10 мин путем пропусканиячерез него электрического тока отисточника 4. После отжига чувствительный элемент полностью восстанавливает свой свойства, пластина распрямляется и вновь может быть использована для измерения поглощеннойдозы излучения,Точность измерения повышается сувеличением длины. чувствительногоэлемента, уменьшением его толщины.Кроме того, точность измерений зависитот величины различия радиационногоизменения плотности материалов чувст 6550 б вительного элемента и их модулей упругости.П р и м е р. Чувствительный элемент предлагаемого дозиметра можетбыть выполнен из следующих пар материаловф ВеО-А 1. Оэ, ВеО-СаАз, БьОу 81.Как показывают результаты экспериментальных исследований влияния дозыоблучения электронами н даже рентге О новскими лучами на механические (упругие) свойства и плотность материалов, эти зависимости имеют линейный характер практически во всемисследованном (10 -10 рад) диапаг з 15 зоне поглощенных доз.Применение предлагаемого дозиметра обеспечит по сравнению с базовымобъектом следующие преимущества:увеличение диапазона измеряемых 20 поглощенных доз ионизирующей радиации до 10 " рад;измерение поглощенных доз для раз"личных видов ионизирующего излучения;простоту конструкции, работы и 25 эксплуатации,