Пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения

 

Изобретение относится к метрологии ионизирующих излучений, более конкретно к измерению плотности потока и флюенса импульсного ионизирующего излучения. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения плотности потока и флюенса в неоднородных полях излучения. Цель достигается применением четырех идентичных конденсаторов, заполненных пироэлектриком. Обкладки первого и третьего конденсаторов, а также второго и четвертого сопряжены, к сопряженным обкладкам присоединены токовыводы. Несопряженные обкладки первого и второго, а также третьего и четвертого конденсаторов электрически объединены. Векторы поляризации пироэлектрика перпендикулярны обкладкам и направлены антипараллельно в первом и втором, первом и третьем, а также втором и четвертом конденсаторах. Размер чувствительного элемента в направлении распространения излучения много меньше длины свободного пробега излучения в пироэлектрике. Это позволяет полностью устранить во внешней цепи ток, индуцированный комптоновскими электронами, являющийся мешающим током при измерениях. 2 ил.

Изобретение относится к метрологии ионизирующих излучений и может быть использовано для измерения параметров импульсного ионизирующего излучения (например, гамма-излучения или нейтронов): плотности потока и флюенса. Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения пироэлектрическим детектором плотности потока и флюенса в неоднородных полях импульсного ионизирующего излучения за счет устранения вклада радиальных сторонних токов в выходной сигнал. На фиг. 1 представлен пироэлектрический детектор; на фиг. 2 разновидность конструктивного исполнения детектора. Детектор (фиг. 1) содержит чувствительный элемент, состоящий из четырех идентичных конденсаторов 1-4. Конденсаторы 1, 3 и 2, 4 сопряжены по всей поверхности обкладок 5. К сопряженным обкладкам 5 подсоединены токовыводы 6, между которыми включено сопротивление нагрузки 7. Несопряженные обкладки 8 конденсаторов 1, 2 и 3, 4 электрически объединены между собой. Векторы поляризации 9 пироэлектрика, заполняющего конденсаторы, перпендикулярны обкладкам 5 и 8, они направлены антипараллельно в конденсаторах 1 и 2, 1 и 3, 2 и 4. Размер чувствительного элемента в направлении стрелки 10 распространения излучения сделан много меньше (не менее чем на порядок) длины свободного пробега в пироэлектрике. Детектор работает следующим образом. При облучении импульсом жесткого гамма-излучения в направлении стрелки 10 происходит нагрев пироэлектрика, вследствие чего изменяется его поляризация и между токовыводами 6 появляется разность потенциалов. Измерив ток через сопротивление нагрузки 7 и заряд, выделившийся на поверхности обкладок 5 за время облучения, по этим величинам и чувствительности пироэлектрика к излучению определяют плотность потока и флюенс излучения. При облучении детектора направленным гамма-излучением в направлении стрелки 10 в объеме пироэлектрика возникают комптоновские электроны и, как следствие, образуются диполиэлектрон положительно заряженный ион. Так как в детекторе конденсаторы 1, 3 и 2, 4 сопряжены по всей поверхности обкладок 5 и размер чувствительного элемента в направлении стрелки 10 распространения излучения выбран много меньшим длины свободного пробега излучения в пироэлектрике, то условия облучения конденсаторов 1, 3 и 2, 4 одинаковы, в том числе и в неоднородных полях излучения. Поэтому для каждого диполя, образовавшегося, например, в конденсаторе 1, имеет место равный диполь, образовавшийся в сопряженном ему конденсаторе 3. Вследствие этого на сопряженных обкладках 5 конденсаторов 1 и 3 выделяются равные по величине и противоположные по знаку электрические заряды, так что суммарный заряд сопряженных обкладок 5 равен нулю. Это значит, что потенциал сопряженных обкладок 5 не изменяется в процессе облучения и, следовательно, разность потенциалов между токовыводами 6 равна нулю. Таким образом, вклад в выходной сигнал тока, индуцированного комптоновскими электродами, устраняется и, следовательно, уменьшается погрешность измерения плотности потока и флюенса гамма-излучения. Вклад радиационных сторонних токов в выходной сигнал предлагаемого детектора устраняется и при регистрации характеристик неоднородных полей гамма-излучения других энергий, а также других видов излучения, например нейтронов. Детектор (фиг.2) представляет собой разновидность конструктивного исполнения пироэлектрического детектора. В детекторе (фиг.2) конденсаторы 1-4 расположены так, что проекции их на плотность, перпендикулярную направлению стрелки 10 распространения излучения, совпадают. Следовательно, детектор занимает в 2 раза меньшую площадь в пучке излучения. Практически реализован детектор, чувствительный элемент которого содержит четыре идентичных конденсатора 1-4, каждый из которых имеет размеры диаметром 15х1 мм. Каждый из конденсаторов 1-4 имеет серебряные электроды, нанесенные методом вжигания, толщина их 10-15 мкм. Конденсаторы заполнены пьезокерамикой системы цирконата титаната свинца марки ПКР-11. Детектор разработан для регистрации гамма-излучения со средней по спектру энергией гамма-квантов 0,8 МэВ. Длина свободного пробега квантов такой энергии в пьезокерамике ПКР-11 по оценкам равна 5 см, так что при падении излучения перпендикулярно обкладкам конденсаторов 1-4 выполняется условия: размер чувствительного элемента в направлении стрелки 10 распространения излучения (0,2 см) много меньше длины свободного пробега гамма-квантов в пироэлектрике (5 см). Экспериментальные исследования устройства для измерения плотности потока и флюенса импульсного ионизирующего излучения, проведенные в неоднородном поле тормозного излучения, генерируемого пучком ускоренных электронов при торможении в мишени, показали, что при отношении доз излучения, измеренных термолюминесцентными дозиметрами марки ИКС-А в местах размещения конденсаторов 1, 3 и 2, 4, равном 1,5-2, ток, индуцированный комптоновскими электронами, во внешней цепи не регистрируется. Для устройства аналогичного назначения при указанных условиях облучения зарегистрирован ток, индуцированный комптоновскими электронами. Его вклад в выходной сигнал составил 53% Таким образом, изобретение обеспечивает измерение параметров излучения с меньшей погрешностью, так как в нем устранен вклад радиационных сторонних токов и погрешность измерения с его помощью определяется только погрешностью калибровки детектора.

Формула изобретения

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ИМПУЛЬСНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий чувствительный элемент и токовыводы, причем чувствительный элемент состоит из первого и второго идентичных плоских конденсаторов, заполненных поляризованным пироэлектриком, вектор поляризации которого перпендикулярен обкладкам конденсатора, при этом вектор поляризации пироэлектрика, заполняющего первый конденсатор, антипараллелен вектору поляризации пироэлектрика, заполняющего второй конденсатор, а одна пара обкладок конденсаторов, соответствующих разным направлениям векторов поляризации, электрически объединена между собой, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения плотности потока и флюенса в неоднородных полях излучения за счет устранения вклада в выходной сигнал радиационных сторонних токов, в него дополнительно введены третий и четвертый конденсаторы, причем первый конденсатор сопряжен с третьим, а второй сопряжен с четвертым по всей поверхности обкладок, токовыводы присоединены к сопряженным обкладкам, несопряженные обкладки третьего и четвертого конденсаторов также электрически объединены между собой, векторы поляризации пироэлектрика, заполняющего первый и третий, а также второй и четвертый конденсаторы, антипараллельны, а размер чувствительного элемента в направлении распространения излучения выбран много меньшим длины свободного пробега излучения в пироэлектрике.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2