Охлаждаемый полупроводниковый датчик ядерных излучений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 б) Балдин С.А, и др. Прикладнаяспектрометрия с полупроводниковымидетекторами, И Атомиздат, 194,с,283-284.Авторское свидетельство СССР9 713287, кл. С 01 Т 1/24, 1978,(54) (57) ОХЛАЖДАЕИЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащий полупроводниковый детектор (ППД), головной каскад предусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных ме 8099978459 4 С 01 Т 1/24) Н 01 1 31/02 таллических цилиндров, из которыхвнешний служит шиной питания ППД,установленного внутри .этого цилиндрав его торцовой части, а внутренний -экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости,и прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения энергетического разрешения путем обеспечения оптимальныхрабочих температур ППД и головногокаскада предусилителя, внешний цилиндр с торца, противоположного месту установки ППД, соединен непосредственно с хладопроводом криостата, Есвободный торец внутреннего цилиндра фуизолирован от внешнего цилиндра вакуумным зазором, а диэлектрическая Спрокладка выполнена из теплоизоляционного материала.ФаИзобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, в частности, к блокам детектирования рентгеновского и гамма-излучения на основе охлаждаемых полупроводниковых детекторов (ППД).Современные блоки детектирования ядерных излучений состоят иэ охлаждаемого датчика ядерных излучений, 10 .размещенного внутри вакуумного криостата, и неохлаждаемой основной секции предусилителя.Известен охлаждаемый датчик ядерных излучений, содержащий ППД, метал лический хладопровод и головной каскад предусилителя. Причем, металлический хладопровод выполнен стержневым, на одном его торце установлен ППД, другим торцом он соединен с хладопроводом криостата, а элементы схемы охлаждаемого головного каскада предусилителя размещены под детектором,Основными недостатками этогодат чика являются ограниченная возможность его использования из-за большого диаметра датчика и отсутствие экранировки элементов конструкции, находящихся под высоким потенциалом от ЗО входа предусилителя, что приводит к влиянию электрических наводок на основные характеристики датчика и невозможности обеспечения оптимальных тепловых режимов головного каскада предусилителя и ППД.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является охлаждаемый полупроводниковый датчик ядерных излучений, содержащий ППД, голов- б ной каскад прецусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных металлических ци- л 5 линдров, из которых внешний цилиндр служит шиной питания ППД, установленного внутри этого цилиндра в его торцовой части, а внутренний цилиндр экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости, .и прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку.Недостатком этого устройства являтся тоф что охлаждениеполупровод55 кового детектора в нем осуществляется через внутренний полый цилиндр, внутри которого расположен головной каскад предусилителя, При этом, вдоль оси внутреннего цилиндра всегда будетсуществовать перепад температур: температура будет увеличиваться от местаприсоединения датчика к хладопроводукриостата и ППД. Температура ППД,укрепленного на диэлектрической теп- .лопроводящей пластине, играющей рольхладопровода детектора, всегда будетвыше, чем температура хладопроводакриостата и температура головногокаскада предусилителя, находящегосяближе к хладопроводу криостата. Однако известно, что оптимальная рабочаятемпература полевого транзистора,входящего в головной каскад предусилителя, значительно выше (120 - 160 К),чем оптимальная рабочая температураППД, которая составляет 70-90 К. Таккак при данной конструкции датчикадиэлектрическая прокладка, на которойзакреплен ППД, должна быть изготовлена из материала с высокой теплопроводностью, то введение подогрева головного каскада предусилителя, частоиспользуемое в подобных датчиках,вызовет одновременное повышение температуры ППД,Целью изобретения является повышение энергетического разрешения путем обеспечения оптимальных рабочихтемператур ППД и головного каскадапредусилителя,Указанная цель достигается тем,что в охлаждаемом полупроводниковомдатчике ядерных излучений, содержащем ППД, головной каскад предусилителя с экраном и систему охлаждения,выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных другот друга, коаксиально расположенныхметаллических цилиндров, из которыхвнешний служит шиной питания ППД,установленного внутри этого цилиндрав его торцовой части, а внутренний -экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости,прикреплен одним торцом к ППД черездиэлектрическую прокладку, внешнийцилиндр с торца, противоположного месту установки ППД, непосредственносоединен с хладопроводом криостата,свободный торец внутреннего цилиндраизолирован от внешнего цилиндра вакуумным зазором, а диэлектрическаяпрокладка выполнена из теплоизоляционного материала.Предлагаемое выполнение датчикаприводит к тому, что хладопроводом1 О 25 30 35 3 99978 датчика будет не внутренний цилиндр с находящимися в его полости головным каскадом предусилителя, как в прототипе, а внешний, В результате5 температура ППД, находящегося в непосредственном тепловом контакте с хладопроводом криостата, будет всегда ниже температуры головного каскадапредусилителя, перепад температурмежду хладопроводом криостата и ППДуменьшится, что приведет к понижению температуры ППД, Наличие диэлектрической прокладки из материала с низкой теплопроводностью, которая будет играть роль тепловой развязки между ППД и головным каскадом предусилителя в отличие от диэлектрической прокладки в прототи.пе, играющей роль хладопровода детек О тора, и соответственно своему назначению, выполненной из материала свысокой теплопроводностью, обеспечит необходимый перепад температур междуППД и головным каскадом предусили"теля. На чертеже схематически изображеносевой разрез предлагаемого охлаждаемого полупроводникового датчика ядерных излучений. Датчик состоит из ППД 1, закрепленного внутри внешнего металлическо го цилиндра 2 в верхней его части,внутреннего цилиндра 3, Внутреннийцилиндр 3 закреплен к ППД через диэлектрическую теплоизолирующую прокладку 4, играющую роль тепловой развязки, и служит корпусом и электри 44ческим экраном головного каскадапредусилителя 5, расположенного внем. Торцом цилиндра 2 датчик присоединяется к хладопроводу 6 криостата 7.При работе с датчиком процесс теп"лопередачи происходит по цепочке:головной каскад предусилителя 5,внутренний цилиндр 3, диэлектрическая теплоизолирующая прокладка (тепловая развязка) 4, ППД 1, внешнийцилиндр (хладопровод датчика) 2, хладопровод криостата 7. Это обеспечивает следующее распределение температур: самая высокая температура(120-160 К) на головной секции предусилителя 5, самая низкая - на торцевнешнего цилиндра 2, присоединенногок хладопроводу 6 криостата 7.Поскольку ППД 1 укреплен непосредственно на внешнем цилиндре 2, перепад температур между хладопроводом6 криостата и ППД составляет 3 К,что в 5 раз меньше, чем у известногодатчика - прототипа.Таким образом, предлагаемый охлаждаемый датчик ядерного излученияобеспечивает оптимальные рабочие температуры ППД и головного каскадапредусилителя, что понижает значениеодного из основных параметров датчиков - энергетического разрешения,тем самым позволяет повысить точностьанализа элементного состава веществапри использовании датчика в составеспектрометра для исследований в области медицины, кристаллографии, металлургии и т,д,999784 Составитель С,ПростовТехред В.Кадар Кор тор С.Черн ьнягина едакт Тираж 730арственного комитета СССРзобретений и открытийЖ, Раушская наб д, 4/5 каз 405 дписно ИИПИ Годелам В 3035,к Ужгород, ул, Проектна Производственно-полиграфическое предприяти