Дозиметр быстрых нейтронов
Применение магнитодиода в ка-
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (!9) !!!) А (5!)4 G 01 Т 3 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСИОМУ,СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2679899/18-25 (22) 30. 10. 78 (46) 23. 11. 87. Бюл. Ф 43 (71) Казахский политехнический институт им. В.И.Ленина (72) И.А.Карапатницкий, Э.H.Каракушан и В.И.Стафеев (53) 621.387.426(088.8) (56) Голубев Б.П. Дозиметрия и защита от ионизирующих излучений. М., Атомиздат, 1971.
Полупроводниковые детекторы в дозиметрии ионизирующих излучений.
Под ред. В.К.Ляпидевского, М., Атомиздат, 1973. (54) ДОЗИМЕТР БЫСТРЫХ НЕЙТРОНОВ (57) Применение магнитодиода в качестве дозиметра быстрых нейтронов.
723906
Настоящее изобретение относится к технике измерения ядерных излучений, а точнее к дозиметрам потоков быстрых нейтронов, например, атомных реакторов.
Широкое развитие ядерной физики и атомной энергетики, все развивающееся применение в народном хозяйстве различных ВНроВ HQHH9Hpót0ùèõ излу- 10 чений поставили достаточно сложную задачу измерения величин, характеризующих эти излучения. Многообразие источников излучения по их виду, потоку и энергетическому спектру поро- )5 дило большое количество различных методов и приборов дозиметрии, как правило, дополняющих друг друга. Этим методам и приборам посвящена обширная литература. Наряду с химическими, 20 фотографическими, активационными и другими дозиметрами в последнее время шире стали применяться устройства с использованием полупроводниковых детекторов.
35 Такая сильная (двоиная) экспоненциальная зависимость тока от отношения
d/L определяет высокую чувствительность прямой ветви ВАХ к воздействию
40 магнитного. поля, которое несколько уменьшает подвижность неосновных носителей, тем самым уменьшая диффузианную длину неосновных носителей - L.
К настоящему времени в результате
@- многочисленных исследований, посвященных изучению влияния ионизирующего излучения различных видов на полупроводнюси и полупроводниковые приборы, достаточно хорошо известны законы изменения их наиболее важных электрофизических параметров. Подробный анализ характера изменения прямой ветви магнитодиода под действием быстрых нейтронов с учетом их влияния на время жизни неосновных- носителей, удельное сопротивление базы и подвижность носителей показал, что основную роль играет уменьшение времени жизни неосновных носителей.
Эти методы и приборы на их основе постоянно совершенствуются и позволяют успешно решать все усложняющиеся задачи современной дозиметрии ионизирующих излучений. Однако, все они достаточно сложны; либо требуют проведения дистанционных измерений (как калориметрические или с помощью полупроводниковых детекторов), либо обуславливают наличие достаточно дорогостоящей и сложной специальной измерительной аппаратуры (актинационные).
В то же время существует широкий класс задач дозиметрии, при которых для известного типа излучения и его спектрального состава требуется лишь определить величину поглощенной или экспозиционной дозы. Именно такого рода задачи возникают, например, при исследовании радиационного влияния на полупроводники и полупроводниковые приборы, Так при исследовании воздействия быстрых нейтронов реактора обычно вместе с исследуемыми образцами облучают какой-либо активационный индикатор (чаще сера — Б ) и по измерениям его наведенной активности т1ассчитывают дозу облучения. Как указывалось выше, такой. способ достаточно трудоемок, требует специализированного измерительного оборудования.
Целью настоящего изобретения является упрощение измерения потоков быстрых нейтронов.
Эта цель достигается применением известного магнитодиода в качестве дозиметра быстрых нейтронов.
Известно, что рабочий участок прямой ветви вольт-амперной характеристики магнитодиода с базой п-типа описывается выражениями:
I = I ехр(— -);
cq
b+chd/L „1 chd/ с=2 — — — —, b+ I с "ò p, L (b+1) thd /2L ) ь Ь ° (О
Ь+1 P Р) р где U — прямое постоянное напряжение, приложенное к магнитодиоду;
Ь вЂ” отношение подвижностей свободных электронов и свободH6IZ PbtPOK — постоянная для данной температуры Т величина;
p, — удельное сопротивление исходного материала базы диода; — время жизни дырок, инжектированных в п-базу
Очевидно, что в случае expd/1 )> 1
1 d Ь+1 с =.—,— ехр — и I=I е — — e — d/L
Ь+1 L с Чт
723906
Тогда
" ь+Т ° )1,(Р
1)=u (1+—
L(, Обозначив
К, «
,К-, о т Ф
С К2
Исследования показывают, что в широком диапазоне доз быстрых нейтронов изменения времени жизни подчиняются закону
1/Г = 1/"", + 1(„ü
К вЂ” const
Ф вЂ” доза
Иэ выражения для BAX магнитодиода следует, что
Чт I Ц1.
U = — 1 — е
b+1 " 1
Очевидно, что
1 = Е 1-«,К„Ф
Учитывая,что с0К Ф (. 1 и - d(L, d ехр ) = е (1+- — -" Ф) Окончательно получим
По (1+K«Ф) где U — прямое падение напряжения
0 на магнитодиоде до облучения;
К вЂ” некоторая постоянная вели« чина, зависящая от исходного значения времени жизни неосновных носителей в базе магнитодиода и коэффициента радиационного изменения вре40 мени жизни К.
Следует отметить, что величина Кзависит от вида ионизирующего излучения и исходного полупроводникового материала..
Исходя из вышеизложенного, очевидно, что для измерения потока быстрых нейтронов необходимо замерить прямое напряжение на магнитодиоде при заданном прямом токе до и после облу- ения, а затем рассчитать дозу
rra формуле («r ). .Значение коэффициента находится предварительно при калибровке, предлагаемых дозиметров.
Разносторонняя экспериментальная проверка возможностей предлагаемого до,зиметра полностью подтвердила его преимущества по отношению к аналогаме
Дозиметрическая характеристика имеет линейный характер в диапазоне цо (2-- т 4) 10 Я н/см . Чувствитель-. ность однотипных магнитодиодов к быст . рым нейтронам реактора незначительно изменялась от образца к образцу, зна— чение К« составляло 5 10 см /н при начальном напряжении около 12-15 B. (Калибровка дозиметров производилась по серным индикаторам, т.е. учитывались нейтроны с энергией более 3 Мэв, облучение проводилось в атомном реакторе водо-водяного типа).
Очевидно, что предлагаемые дозиметры обладают высокой чувствительностью, для измерения дозы облучения необходима простейшая измерительная аппаратура (миллиамперметр, вольтметр, источник питания), расчет дозы облучения производится по простейшим формулам. Кроме -.îãо, изменения прямой ветви ВАХ магнитодиода, вызванные быстрыми нейтронами, при комнатных температурах практически не зависят от времени, чтс позволяет производить расчеть. и измерения доз как сразу же после облучения. так и в любое другое время, удобное для исследователя.
Применение известного магнитодиода в качестве дозиметра потока быстрых нейтронов, например, атомного реактора, стало возможным благодаря обнаруженной авторами личейной зависимости прямо-о падения напряжения на образце при заданном значении прямого тока от дозы быстрых нейтронов, а также благодаря обнаруженной авто— рами высокой чувствительности прямой ветви ВАХ магнитодиодов к воздействию быстрых нейтронов.
Предложение использовать известный магнитодиод как дозиметр потока быстрых неитронов имеет преимущества, так как этот дозиметр прост по устройству, Не требует для проведения. измерений никакой сгецнализированной измерительной аппаратуры, расчет дозы производится пО простейшим фор мулам.Он может применяться .гридозиметр рии потоков быстрых нейтронов в перифеpHHHbIx каналах а T0MHblx реакторов, мало-мощных источнжсовнейтронов,когда дозиметрия с помощью активационныхдетекто —, ров требует больших времен экспозиции.
Использ ов ание маг нито диода в к ачестве дозиметра быстрых нейтронов позволит уменьшить расходы на приобре723906
Редактор Н. Сильнягина Техред А. Кравчук
Корректор О. Кравцова
Заказ 5910 Тираж 730 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д.4/5 .
Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 тение специализированной измеритель- pos упростит и убыстрит процесс доной аппаратуры для измерения наведен- зиметрии, что даст экономию в народной активности активационных дозимет- ном хозяйстве.
