Датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл, 601 а 1/ исоединением заявки Ж сударствеииый комитетавета Мииистров СССРо делам изобретенийи открытий 2) Приоритет 53) УДК 539.1.074. 5(088. 81 Опубликовано 30.11.74, Дата опубликования оп Бюллетень4 анин 14.О 4.75(72) Автор изобретени Козло 71) Заявител изический институт им. П. Н, Лебеде(541 ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ 2 я к области региий и касаетсядназначенного я Изобретение относит страции ядерных излуче устройства датчика, пре измерения удельных пот а также для регистраци ний различных типов на потоков гамма-излучени иевые детекто ме чувствительны такжчения. излурь энергии Ы ядерных изл ефоне интенсивных Известен также датчик с алмазным 5детектором, предназначенный для регистрации ядерных излучений и обладающийпониженной чувствительностью к фону,обусловленному интенсивными потоками- излучения. Используя описанныйприбор и отрезая импульсы-фонас помощью соответствующей электроннойаппаратуры, можно анализировать спектрысильноионизирующих ядерных излучений,длина пробега которых лежит в пределахрабочей области детектора. Но в целомряде случаев. необходим прибор с ещеменьшей чувствительностью к- фоособенно, когда требуется определт,тьинтенсивность длинно-пробежных ядерныхизлучений на фоне мощных изотропныхпотоков- излучения и не пригодны,обычные методы дискриминации импульсов ну,Известно, что рапи измерении удельных потерь энергии фу широко применяются кремниевые датчики, у которых чувст. вительным к ядерному излучению элементом является кремниевый детектор. Недостатки таких приборов - высокий уровень шумов при комнатной температуре, а также наличие входного и выходного окон некоторой толщины, в которых падающее ядерное излучение теряет часть своей энергии, Кроме того, эти датчики имеют недостаточно хорошее энергетическое 20 разрешение, что обусловлено, например, . рассеянием из-за большого атомного номера кремния и особенно существенно поиизмерении уиеньнмн потерь енергии (фф электронов. Из-за большого аромного ноЦель изобретения - разработка датчикарять удельные потери энергии ЫЮ/ф с1 хорошим энергетиЧеским разрешением ирегистрировать ядерные излучения с высокой эффективностью на фоне интенсивныхпотоков - излучения. 5 Предлагаемый датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений, содержащий чувствительный к ядерному излучению элемент в виде алмазного детектора с запорным и инжектируюшим контактами и корпус с оконным отверстием, расположенным со стороны запорного контакта, отличается от известных устройств тем, что эапорный и инжектирующий контакты алмазного детектора выполнены в виде слоев из материала с малым атомным номером, прозрачных для падающего ядерного излучения, а толщина расположенной между ними рабочей области алмазного детектора меньше длины пробега падающего ядерного излучения, причем корпус имеет дополнительное оконное отверстие, расположенное со стороны инжектируюшего контакта.2) 10 Для увеличения детектируюшей площади датчика его чувствительный элемент может быть выполнен в виде мозаики иэ алмазных детекторов ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучения ДО запорным и инжектирующим контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего ядерного излучения. 35Предлагаемый датчик имеет малую емкость, содержит в качестве чувствительного элемента специально приготовд нныйочень тонкий алмазный детектор /см,вышефкоторый обладает при комнатной темпера 4 Отуре пренебрежимо малыми токовыми итепловыми шумами иэ за высокого удельного сопротивления детектора и большойширины запрещенной зоны алмаза, имеет входное и выходное окы.езначительной 4толщины, а также низную чувствительностьк фону- излучения и обеспечивает высокие д,ф - и р/уо - отношения. Кроме того, есозволяе) измерять удельные потери энергиив, ф" с хорошим энер О готическим разрешением.Па фиг. с. Иоказан разрез металличес- КОГО ст ШКа С тРЕЛЕЯ ВЫВОДаМИ, СОДЕРжаше о с) л;Ееове чувствительного элемента сЕЛо;И 1 с 1 СЕС)КГ)р ядЕрииХ ИЗЛуЧЕНИй С И)С)ЗРгИЛИ сци 1 ниЕ)1 ИЕО ЯДЕРИО О ЕСЗУс иия 1 ии 1)и и иижектирунииил коитактами и с толщиной расположенной междуними рабочей области, меньшей длины пробега падающего ядерного излучения в двухпроекциях (виды спереди и сверху); нафиг.2 - разрез неметаллического датчикас двумя выводами также в двух проекциях(и виды спереди и сверху),Предлагаемый датчик выполнен в вйдеметаллического корпуса 1 (фиг,1) с оконным отверстием 2. Основным элементомдатчика является алмазный детектор 3ядерных излучений с прозрачными дляпадающего ядерного излучения запорным4 и инжектирующим 5 контактами из материалов с малым атомным номером и столщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега реги-стрируемого ядерного излучения, падающего на алмазный детектор со сторонызапорного контакта 4. Для крепленияалмазного детектора служат две аналогичные тонкие изолирующие прокладки 6,изготовленные из полиэтилена или фторопласта утефлона/; и ввинчивающаяся вкорпус 1 металлическая гайка 7. В прокладках и гайке сделаны оконные отверстияВ аналогичные и соосные отверстию 2в корпусе 1, Корпус имеет два раздельныхметаллических вывода 9 и 10, изолированных с помсйссью соответствующего уплотнения металл-изолятор (в некоторых случаях оба вывода могут проходить черезодно уплотнение изолирующее их другот друга и от корпуса). Изолированныйвывод 9 соединен приваренной или припаянной к нему проволочкой 1 1 с контактом 5 детектора 3 и служит для приложения напряжения к этому детектору, аизолированный вывод 12 соединен приваренной к нему проволочкой 13 с контактом 4 и служит для снятия сигналовс детектора, обусловленных падающимядерным излучением. Соединения проволочек с соответствующими контактамиалмазного детектора осуществляются,например, при помощи аквадага или серебряной пасты с их последуюшей термообработкой, Для зазеьцсееия датчикаслужит приваренный к корпусу иеизолированный вывод 10. Конструкцию датчика моино упростить, если изготовить его корпус 1 с одиим иеизоиироваиным выводом, соедииеииым приваренной к иелу проволочкой с:дано)- иым коитаксол 4 указаииого деокно)а и предназначенным для замыкания:Ресс)и ИРРКОЙ ЕЕРии иитае 1 ия дР ЕРк о)и 3, 15 1 О 15 3 Ьеее обеспечения незначитеоеерь энергии падаюшего яд иеьееых рного излутакже для заземления прибора и с однимизолированным выводом, соединеннымприваренной к нему проволочкой с инжектируюшим контактом 5 детектора и предназначенным для приложения напряженияк детектору и снятия с него сигналов,обусловленных падающим ядерным излучением, ,Одним из преимушеств рассмотренныхдатчиков является то, что в случае необходимости, например в экспериментах поидентификации ядерных излучений, в корпус 1 можно вставить еще один детекторполного поглощения и получИть системуиз СЕ/а - и Е - счетчиков.Датчик на фиг.2 проше в изготовлениипо сравнению с описанным выше, так какон выполнен в виде неметаллического корпуса 1, изготовленного, например, изпластмассы,и не требует примененияизолированных выводов. Йея прохода регистрируемого ядерного излучения в корпусеимеется оконное отверстие 2. Основнымэлементом датчика является алмазныйдетектор 3 ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучениязапорным 4 и инжектируюшим 5 контжтами, изготовленными из материалов смалым атомным номером. Толщина рабочей области детектора меньше длиныпробега падаюшего ядерного излучения.Алмазный детектор прижимается к корпусуввинчивающейся в него неметаллическойгайкой 14, изготовленной, например, изпластмассы и имеющей оконное отверстие15, аналогичное и соосное отверстию 2 вкорпусе,В некоторых случаях для предохранения контакта 5 от разрушения приввинчивании гайки 14 между ними помешают шайбу (на чертеже не показано). 40Корпус имеет два вывода 16 и 17.Вывод 16 1 соединен приваренной к немупроволочкой 18 с контактом 5 указанногодетектора и служит для приложения к немунапряжения, Вывод 17 соединен приваренной к нему проволочкой 19 с контактом 4 детектора и предназееенен дляснятия с него сигналов, обусловленныхпадаеоецеем ядерным излучением. Недостаткеем датчика такого типа является то, 50что приходится либо экранировать егокорпус от падающего ядерного излучения,либо отводить на землю возникаюшие накорпусе заряды с помошью соответствующих приспособлений, ЯПри определении интенсивности регист рируемого ядерного излучения на фоне мошных изотропных потоков-излучения также необходимо применять алмазные детекторы с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным и инжектируюшим контактами, изготовленными из материалов с малым атомным номером и с очень тонкой рабочей областью, расположенной между ними, Как показали исследования такие контакты можно выполнить, например, из графита, что позволяет получить малый коэффициент поглощения - лучей и уменьшить вклад в счет импульсов от электронов, обусловленных поглощением- лучей в контактах (уменьшается действие контактов как конвертеров- излучения). С этой же целью корпус 1 и гайку 7 датчика, показанного на фиг.1, иногда изготовляют из металла с малым атомным номером, например бериллия, а его прокладки так же как корпус 1 и гайку 14 датчика, изображенного на фиг,2. - из пластмассы с малым атомным номером. Поскольку шумы алмазного детектора пренебрежимо молы, выполняя его с очень тонкой рабочей областью, можно существенно снизить его чувствительность к У - излучению. При уменьшении толшины рабочей области детектора падает амплитуда импульсов, обусловленных регистрируемым ядерным излучением, так как оно проходит сквозь детектор, теряя в нем малую часть своей энергии. Но при этом экспоненциально падает поглощение- лучей в рабочей области детектора и, следовательно, их вклад в счет. ых да ения рассмотрен нкой рабочей об Для изготовл чиков с очень т особенно пригод выемкой, ибо он механической ир обрашении. Одна алмазные детекто ластьюекторы сщеннойеы вять и еы алмазные дее и обееадакт новьФчностьео и удобко можно приме ры в виде тонк еласчения в алмазном детекторе при измерениинеобходимо, чтобы толщинаего запорного и инжектируюшего контактов была пренебрежимо мала, а расположенная между ними рабочая областьбыла очень тонкой. Как показали исследования, такие прозрачные для падающегоядерного излучения запорный и инжектирукший контакты образуют, например, специально выполненные пленки металлов..451072 О т 2 Составит Горчако дашникова тех редГ.Дворина Корректо акгорА Ззкзз /3Изз. И .Я Тнрз Поднис Ц 111111 1 осударсг венного комитета Соне а Мнннстропо делам изобретений и открытийМоскна, 113035, Раушская иаб., 4 ССГ скяа,59, Бережковская наб. 11 зез нрнятне тент,тинок, если предварительно приклеить их по периферии к оправкам с оконными отверстиями, а затем закрепить в юрпусе, квк указано выше.смазный детектор с прозрачными для пвдвюшего ядерного излучения запорным и инжектирующим контактами и с толшиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега регистрируемого ядерного излучения, может заделы ваться также в эпоксидную смолу, орга нику, клея или компаунды. Предлагаемый датчик работает следующим образом. Датчик, вставленный в соответствующий разъем, устанавливают на пути реги с,грируемого идерного излучения и прикладывают к нему напряжение от источника питания, При прохождении через датчик регистрируемого ядерного излучения, падающего на алмазный детек тор Э со стороны его запорного контакта 4, в детекторе возникают импульсы тока, обусловленные ионизацией, Эти импульсы образуют во внешней цепи импульсы напряжения, которые усиливаются и регистрируются соответствующей аппаратурой. Предмет изобретения Датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений, содержаший чувствительный к ядерному излучению элемент, выполненный в виде алмазного детектора с запорным и инжеитируюшим контактами, и корпус с оконным отверстием, расположенным со стороны запорного контакта, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения эффективности регистрации и уменьшения чувствительности .к гамма излучению, эапорный и инжектирующий контакты указанного алмазного детектора выполнены в виде слоев из материала с малым атомным номером, прозрачных для падвюшего ядерного излучения, а толщина расположенной между ними рабочей области алмазного детектора меньше длины пробега падающего ядерного излучения, причем упомянутый юрпус имеет дополнительное оконное отверстие, расположенное со стороны инжектирующего контакта.