ДОЗИМЕТР ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ НА ОСНОВЕ АЛМАЗНОГО ДЕТЕКТОРА Российский патент 2004 года по МПК G01T1/17 G01T1/24 

Изобретение относится к технике регистрации ионизирующих излучений, а именно к дозиметрам на основе алмазных детекторов, в частности к клиническим дозиметрам.

К дозиметрам излучений, особенно предназначенным для клинических измерений, предъявляются высокие требования по точности измерений и их стабильности. Алмазные детекторы, используемые в дозиметрах, являются твердотельными детекторами, их чувствительность не зависит от плотности окружающего воздуха; высокая плотность алмаза обеспечивает высокую удельную чувствительность. Низкий атомный номер углерода обеспечивает слабую зависимость чувствительности детектора от энергии излучения. Однако из-за поляризации большей части алмазов под воздействием ионизирующего излучения для достижения требуемой точности измерений приходится проводить дорогостоящий отбор годных образцов алмазов и при включении дозиметра проводить предварительное облучение алмазного детектора до установления стабильных показаний дозиметра.

Известен алмазный дозиметр рентгеновского и гамма-излучений [1], содержащий алмазный детектор, электрометрический измеритель тока и источник постоянного напряжения, обеспечивающий постоянное смещение на детекторе. Детектор выполнен в виде алмазной пластины толщиной (0,2-0,4) мм. Недостатком дозиметра является влияние поляризации алмаза на линейность выходной характеристики детектора (зависимости выходного тока детектора от мощности дозы), а значит и на точность измерений из-за низкого качества используемых алмазных пластин. Отбор алмазных пластин высокого качества (малый эффект поляризации) для дозиметра привел бы к значительному его удорожанию.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является клинический дозиметр ионизирующих излучений [2]. В состав дозиметра входит алмазный детектор, выполненный из алмазной пластины толщиной (0,2-0,4) мм с инжектирующим контактом. Детектор смонтирован в малогабаритном герметичном корпусе на отрезке коаксиального кабеля. В состав дозиметра входят также регистратор с электрометрическим усилителем и блок питания детектора постоянным напряжением +100 В.

Недостатком прототипа является влияние поляризации алмаза на точность измерений. Для уменьшения этого недостатка при проведении измерений требуется предварительное облучение алмаза (до дозы 5-10 Гр) до установления стабильных показаний дозиметра, что усложняет эксплуатацию дозиметра. Кроме того, для достижения высокой точности измерений в детекторе используют алмазные пластины высокого качества, отбор которых является сложным дорогостоящим процессом с низким процентом выхода годных пластин. Поэтому стоимость такого дозиметра велика.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является значительное уменьшение влияния поляризации алмазного детектора на точность показаний дозиметра, вследствие чего для достижения высокой точности измерений можно использовать менее качественные алмазные пластины, а значит упрощается отбор и повышается выход годных алмазных пластин, появляется возможность использования для дозиметра дешевых CVD-пленок, что приводит к удешевлению дозиметра. Кроме того, исчезает необходимость в предварительном облучении алмазного детектора при включении дозиметра, что упрощает его эксплуатацию.

Технический результат достигается тем, что дозиметр ионизирующих излучений на основе алмазного детектора, содержащий регистратор и источник питания постоянного тока, дополнительно содержит второй источник постоянного тока, управляемый коммутатор, усилитель постоянного тока, ключ и генератор управляющих импульсов, первый выход которого подключен к управляющему входу управляемого коммутатора, а второй - к управляющему входу ключа, выходы первого и второго источников питания подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора, выход которого подключен к одному контакту алмазного детектора, другой контакт которого через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и ключ подключен по входу регистратора.

Существо изобретения заключается в том, что в дозиметре используются два источника питания с коммутатором, обеспечивающие питание детектора знакопеременным напряжением в виде прямоугольной волны. Накопленный объемный заряд в детекторе в течение действия напряжения питания одной полярности нейтрализуется при приложении напряжения питания другой полярности.

Блок схема дозиметра представлена на чертеже.

Предлагаемый дозиметр ионизирующих излучений содержит алмазный детектор 1, управляемый коммутатор 2, два источника питания постоянного тока 3 и 4, генератор управляющих импульсов 5, усилитель постоянного тока 6, ключ 7 и регистратор 8. Выходы генератора управляющих импульсов 5 подключены соответственно к управляющим входам коммутатора 2 и ключа 7. Выходы первого источника питания 3 и второго источника питания 4 подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора 2, выход которого подключен к одному контакту алмазного детектора 1, другой контакт алмазного детектора 1 подключен ко входу усилителя постоянного тока 6, выход последнего подключен ко входу ключа 7, выход которого соединен со входом регистратора 8.

Алмазный детектор 1 выполнен в виде пластины из естественного алмаза или CVD-пленки толщиной (0,2-0,4) мм с инжектирующими контактами и заключен в герметичный малогабаритный корпус, смонтированный на конце коаксиального кабеля.

Принцип работы дозиметра заключается в следующем. Поток ионизирующего излучения образует в алмазном детекторе 1 пары носителей: электроны и дырки. Под действием приложенного внешнего электрического поля от источника постоянного тока 3 (или 4) носители движутся к соответствующим по полярности электродам, образуя в цепи электрический ток, пропорциональный мощности дозы излучения. Часть носителей (чаще дырок) захватывается на имеющихся в алмазе центрах, образуя внутреннее поле поляризации, направленное обратно приложенному внешнему напряжению. При смене полярности питающего напряжения ток в детекторе 1 меняет направление, соответственно меняет направление и поле поляризации, в результате чего предыдущее поле поляризации нейтрализуется. Питающее напряжение на алмазный детектор 1 подается от двух разнополярных источников 3 и 4 через управляемый коммутатор 2, который поочередно на одинаковое время подключает выходы источников 3 и 4 к одному контакту алмазного детектора. Коммутатор 2 управляется генератором управляющих импульсов 5, который выдает импульсы определенной длительности на управляемый коммутатор 2 и импульсы меньшей длительности - на ключ 7. Фронты импульсов меньшей длительности задержаны по отношению к фронтам импульсов, подаваемых на управляемый коммутатор 2, на некоторое время, необходимое для окончания переходных процессов в цепи регистрации при смене полярности напряжения питания детектора 1. Усилитель постоянного тока 6 усиливает сигналы с выхода (с другого контакта) детектора 1 до величин, достаточных для дальнейшей их регистрации. Ключ 7 пропускает усиленные сигналы на регистратор в промежутки времени, определяемые генератором управляющих импульсов 5. Регистратор 8 осуществляет регистрацию амплитуды усиленных импульсов с детектора 1.

Как показали исследования, заявляемый дозиметр даже после облучения значительной дозой (50 Гр) в течение нескольких часов сохраняет стабильные показания.

Таким образом, в предлагаемом дозиметре ионизирующих излучений на основе алмазного детектора в сравнении с прототипом при достижении одинаковой точности измерений значительно уменьшено влияние поляризации алмазного детектора при воздействии ионизирующего излучения. Это позволяет использовать в дозиметре менее качественные, а значит более дешевые алмазные пластины, что упрощает отбор и повышает выход годных пластин. Появляется возможность использования в дозиметре дешевых CVD-пленок, что приводит к удешевлению дозиметра. Кроме того, отпадает необходимость в предварительном облучении дозиметра при включении, что упрощает эксплуатацию дозиметра.

Источники информации

1. Kozlov S.F., Konorova E.A., Kuznetsov Yu. A. etal. Diamond dosimeter for X-ray and γ-radiation. IEEE Trans, NS-24, #1, 1977, p. 235-238.

2. Проспект и техническое описание клинического дозиметра “Unidos” фирмы PTW-Freinburg, Германия, 1996 г. (Прототип).

Использование: для регистрации ионизирующих излучений. Сущность: дозиметр содержит алмазный детектор, управляемый коммутатор, два источника питания постоянного тока, генератор управляющих импульсов, усилитель постоянного тока, ключ и регистратор. Выходы генератора управляющих импульсов подключены соответственно к управляющим входам коммутатора и ключа. Выходы первого и второго источников питания подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора, выход которого подключен к одному контакту алмазного детектора. Другой контакт алмазного детектора подключен ко входу усилителя постоянного тока, выход последнего подключен ко входу ключа, выход которого соединен со входом регистратора. Технический результат: повышение точности, упрощение эксплуатации и конструкции. 1 ил.

Дозиметр ионизирующих излучений на основе алмазного детектора, содержащий регистратор и источник питания постоянного тока, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй источник питания постоянного тока, управляемый коммутатор, генератор управляющих импульсов, усилитель постоянного тока и ключ, первый выход генератора управляющих импульсов подключен к управляющему входу управляемого коммутатора, а второй - к управляющему входу ключа, выходы первого и второго источников питания подключены к соответствующим входам управляемого коммутатора, выход которого подключен к первому контакту алмазного детектора, второй контакт которого через последовательно соединенные усилитель постоянного тока и ключ подключен ко входу регистратора.