Датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 451972 (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 27. 09. 68 (21) 1273640/Z6-25 с присоединением заявки ¹â€” (32) Приоритет—

Опубликовано 30.11.74, Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 14 О4-75 (51) М. Кл. 6 01т 1/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 539.1.074. . 5(088. 8 т (?2) Автор изобретения

С. Ф. Козлов (71) Заявитель

Физический институт им. П. Н. Лебедева (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ

ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Изобретение относится к области регистрации ядерных излучений и касается устройства датчика, предназначенного д я измерения удельных потерь энергии CfEQg, а также для регистрации ядерных изл е- 5 ний различных типов на фоне интенсивных потоков гамма-излучения.

Известно, что о па измерения удельных потерь энергии Cff+ 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 пои измерении уненьнмн потерь енергннЩ/ ф электронов. Из-за большого аромного но2 мера g кремниевые детекторы чувствительны также к фону -- излучения.

Известен также датчик с алмазным детектором, предназначенный для регистрации ядерных излучений и обладающий пониженной чувствительностью к фону, обусловленному интенсивными потоками

Г - излучения. Используя описанный прибор и отрезая импульсы -фона с помощью соотнетствующей электронной аппаратуры, можно анализировать спектры сильноионизирующих ядерных излучений, длина пробега которых лежит в пределах рабочей области детектора. Ho s целом ряде случаев. необходим прибор с еще меньшей чувствительностью к - фону, особенно, когда требуется определи,ть интенсивность длинно-пробежных ядерных излучений на фоне мощных изотропных потоков - излучения и не пригодны обычные методы дискриминации импульсов.

Цель изобретения — разработка датчика

,ядерных излучений, позволяющего изме451972

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.

25 (0,цля увеличения детектируюшей плошади датчика его чувствительный элемент может быть выполнен в виде мозаики иэ алмазных детекторов ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучения ф) запорным и инжектирующим контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего ядерного излучения. 36 (1редлагаемый датчик имеет малую емкость, содержит в качестве чувстви!ельного элемента специально приготовленный очень тонкий алмазный детектор /см.вышеф который обладает при комнатной темпера туре пренебрежимо малыми токовыми и тепловыми шумами из-за высокого удельного сопротивления детектора и большой ширины заире!ценной зоны алмаза, имеет входное и выходное окы! 1 езначительной 4> толщины, а также низкую чувствительность к фону - излучения и обеспечивает и иыоокие aiP - и я!уо — отношения.

Кроме того, позво!!яет измерять удельные потери энергии . у/ " с хорошим энергетическим разрешением. ((а фцг.(показан разрез металлического да!ьц!ка с трелш выводами, содержаше! о !5 качео ве чувствительного элемента а)!Л!Л;)!!!т!(! (!Е!ЕКГ!)р ядЕрииХ Ио))!уЧЕ1!1!1! С !!()О!5(>г1 1!!1 !Л)!! !Ц)Я !!Яца15)IПЕ! О BIIP()H<)1 О ИЗЛУкК ППЯ 5!)!!!)()!!! !!5 П 1!!!жЕКт1!РУН)и!ИЛ! K())lтаКрять удельные потери енергии ойр/ 4 о (хорошим энергетиЧеским разрешением и регистрировать ядерные излучения с высокой эффективностью на фоне интенсивных потоков - излучения. 5 тами и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего ядерного излучения в двух проекциях (виды спереди и сверху); на фиг.2 - разрез неметаллического датчика с двумя выводами также в двух проекциях (и виды спереди и сверху).

Предлагаемый датчик выполнен в вйде металлического корпуса 1 {фиг.1) с оконным отверстием 2. Основным элементом датчика является алмазный детектор 3 ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным

4 и инжектирующим 5 контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега реги- стрируемого ядерного излучения, падающего на алмазный детектор со стороны запорною контакта 4. Для крепления алмазного детектора служат две аналогичные тонкие изолирующие прокладки 6, изготовленные из полиэтилена или фторопласта /тефлона/; и ввинчивающаяся в корпус 1 металлическая гайка 7. В прокладках и гайке сделаны оконные отверстия

8, аналогичные и соосные отверстию 2 в корпусе 1. Корпус имеет два раздельных металлических вывода 9 и 10, изолированных с помс)!цью соответствующего уплотнения металл-изолятор (в некоторых случаях оба вывода могут проходить через одно уплотнение, изолирующее их друг от друга и от корпуса). Изолированный вывод 9 соединен приваренной или припаянной к нему проволочкой 1 1 с контак том 5 детектора 3 и служит для приложения напряжения к этому детектору, а изолированный вывод 12 соединен приваренной к нему проволочкой 13 с контактом 4 и служит для снятия сигналов с детектора, обусловленных падающим ядерным излучением. Соединения проволочек с соответствующими контактами алмазного детектора осуществляются, например, при помощи аквадага или серебряной пасты с их последуюшей термообработкой. Для заземления датчика служит приваренный к корпусу неизолированный вывод 10.

Конструкцию датчика мо15!!!о упростить, если изготовить его корпус 1 с одним неизолированным выводом, соединенным приваренной к нел)у проволочкой с:)а1!о()IlbIM KoHTBK I os! 4 указа!!ного де!!)K !î()а и предназначенным для зал!ыка!!!!я:-))!ек1риче! кой пени питания детектора 3, *I

45 1972. также для заземления прибора и с одним изолированным выводом, соединенным приваренной к нему проволочкой с инжектирующим контактом 5 детектора и предназначенным для приложения напряжения к детектору и снятия с него сигналов, обусловленных падающим ядерным излучением., Одним из преимуществ рассмотренных датчиков является то, что в случае необходимости, например в экспериментах по идентификации ядерных излучений, в корпус 1 можно вставить еще один детектор полного поглощения и получИть систему из С(Е/(Й вЂ” и Š— счетчиков.

Датчик на фиг.2 проще в изготовлении по сравнению с описанным выше, так как он выполнен в виде неметаллического корпуса 1, изготовленного, например, из пластмассы,и не требует применения изолированных выводов. Й я прохода регистрируемого ядерного излучения в корпусе имеется оконное отверстие 2. Основным элементом датчика является алмазный детектор 3 ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным 4 и инжектирующим 5 контат тами, изготовленными из материалов с малым атомным номером. Толщина рабочей области детектора меньше длины 30 пробега падающего ядерного излучения.

Алмазный детектор прижимается к корпусу ввинчивающейся в него неметаллической гайкой 14, изготовленной, например, из пластмассы и имеющей оконное отверстие;@

15, аналогичное и соосное отверстию 2 в корпусе.В некоторых случаях для предохранения контакта 5 от разрушения при ввинчивании гайки 14 между ними помешают шайбу (на чертеже не показано). 40

Корпус имеет два вывода 16 и 17.

Вывод 16 (соединен приваренной к нему проволочкой 18 с контактом 5 указанного детектора и служит для приложения к нему напряжения. Вывод 17 соединен прива- 45 ренной к нему проволочкой 19 с контактом 4 детектора и предназн нен для снятия с него сигналов, обусловленных падающим ядерным излучением. Недостаткцм датчика такого типа является то, 50 что приходится либо экранировать его корпус от падающего ядерного излучения, либо отводить на землю возникающие на корпусе заряды с помощью соответствуюших приспособлений. 55

)(ли обеспечения незначительных потерь энергии падающего ядерного излучения в алмазном детекторе при измерении необходимо, чтобы тодщина его запорного и инжектирующего контактов была пренебрежимо мала, у, расположенная между ними рабочая область была очень тонкой. Как показали исследования, такие прозрачные для падающего ядерного цзлучения запорный и инжектирую щий контакты образуют, например, специально выполненные пленки металлов.

При определении интенсивности регист рируемого ядерного излучения на фоне мощных изотропных потоков ) -излучения также необходимо применять алмазные детекторы с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным и инжектирующим 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 r - 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 малы, выполняя его с очень тонкой рабочей областью, можно существенно снизить его чувствительность к

У вЂ” 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.

Для изготовления рассмотренных датчиков с очень тонкой рабочей областью особенно пригодны алмазные детекторы с выемкой, ибо они обладают повышенной механической прочностью и удобны в обращении. Однако можно применять и алмазные детекторы в виде тонких плав451872 з з 5

l0

l5

25 б

S фи8.1

9 ив. 2

Составители 1 горчакова

Редак горА, Калашникова ТехредГ.Дворина КоРРектоР Л.Котова

Заказ /3 Pg Изз. И .з,Д> Тнразз

678

Подписное

Ц1!!!1!!11! 1осудерсгвеииого комитета Сове а Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москиа, 113035, Раушская наб., 4!

11г приятие «11атепт», Москяа, .59, Бережковская паб., 24 тинок, если предварительно приклеить их по периферии к оправкам с оконными отверстиями, а затем закрепить в корпусе, квк указано выше.

Алмазный детектор с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным и инжектируюшим контактами и с толщиной 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, содержащий 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 и с я тем, что, с целью повьцнения эффективности регистрации и уменьшения чувствительности .к гамма излучению, эапорный и инжектируюший контакты указанного 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 упомянутый корпус имеет дополнительное оконное отверстие, расположенное со стороны инжектируюшего контакта.