Дозиметр Советский патент 1986 года по МПК G01T1/02 

Изобретение относится к дозиметри ионизирующего излучения при работе в активных зонах ускорителей и реакторов.

Известны устройства измерения доз излучений, в которых имеется чувствительньй элемент (датчик), выполненны из материала (например, сернистого кадмия или кадмийселенового сплава), у которого электрическое сопротивление меняется пропорционально дозе облучения. Чувствительный элемент выполнен в виде зигзагообразных электродов и при облучении меняется сопротивление, изменение которого фиксируется измерительным прибором.

Недостатком данного устройства является малая доза измеряемого излучения (не более 10 рад, так как при дальнейшем увеличении дозы излучения зависимость сопротивления от дозы меняется непропорционально).

Известны устройства, которые такж используются для измерения малых доз излучения (не более 10 рад) и в которьк чувствительным элементом является плавленный кварц. На плавленный квйрц направляют поток измеряемого излучения. Под действием излучения изменяется цвет пластинки кварца за счет образования центров окраски. Изменение окраски регистрируют как визуально, так и спектрометром. Эта окраска является индикатором дозы излучения.

Недостатком этого устройства является малая доза измеряемого излучения (до Ю рад) при увеличении дозы более 10 рад наблюдается насыщение образования центров окраски.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее (Чувствительный элемент, выполненный в виде пластины .из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее устройство.

В известном устройстве чувствительный элемент выполнен из« кристалла кремния, покрытого оксидной пленкой. На чувствительный элемент воздействуют потоком ионизирующей радиации, под действием которой поверхность раздела кре-мниевого кристалла и оксидной пленки изменяет свои электрические характеристики, например электрическое сопротивление. Величина такого радиационного изменени пропорциональна поглощенной дозе радиации. Это изменение электрического сопротивления фиксируют электрической схемой и определяют величину поглощенной дозы радиации.

После однократного измерения поглощенной дозы излучения производится восстановление свойств чувствительного элемента путчем отжига наведенных в нем радиационных дефектов.

Такой отжиг осуществляют нагреванием чувствительного элемента до высокой температуры.

К недоста:ткам такого дозиметра относится небольшой диапазон измеряемых поглощенных доз (до 10 рад), измерение только одного вида излучения (у-излучение).

Целью изобретения является расширение диапазона регистрируемых

0 поглощенных доз до 10 рад.

Для достижения поставленной цели . в известном устройстве, содержащем чувствительный элемент в виде пластины из монокристалла с нанесенной

5 на его поверхность пленкой, регистрирующее .устройство и нагреватель чувствительного элемента, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом рддиа ионного изменения модуля упругости, отличным от радиационного изменения модуля упругости монокристалла. Регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба чувствительного элемента.

5 Кроме того,, с целью упрощения конструкции дозиметра, пластина чувствительного элемента одним концом закреплена в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным устройством - измерителем деформации.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 графически показана зависимость разности коэффициентов упругости для чувствительных элементов из этих материалов от дозы облучения тепловыми нейтронами для элемента ВеОAl Og; на фиг. 3 - то же, участок для элемента BeO-GaAs и участок И

0 для элемента . Представленные кривые указывают на линейный характер изменения разности коэффициентов упругости от дозы облучения и, следовательно, на линейную зависимость

5 деформации изгиба от дозы.

Дозиметр содержит чувствительный элемент 1, представляющий собой монокристалл 2 с нанесенной на него пленкой 3. Пластина чувствительного элемента закреплена одним концом в корпусе 4, шкала 5 и стрелка 6 на свободном конце чувствительного эле мента являются измерителем деформаг ции изгиба пластины чувствительного элемента. Нагревателем в данном дозиметре служит источник 7 тока, под ключенный одной клеммой к шкале 5, выполненной из металла, а второй клеммой - непосредственно к пластин чувствительного элемента. Монокристалл выполнен из токопроводящего ма териала и нагревателя при прохождении через него тока. Устройство работает следующим образом. Поток ионизирующей радиации падаieT на чувствительный элемент 1 и стимулирует в монокристалле 2 и нанесенной пленке 3 образование да- : фектов. Как известно, под действием ионизирующей радиации в твердьсс телах возникают радиационные нарущения, которые при достаточном количестве ведут к изменению химических, физических, электрических, механических и прочих свойств. В частности, под действием радиации существенно изменяются упругие свойства твердых тел, т.е. изменяется величина модуля упругости и, кроме того, изменяется плотность материала. Величина изменения плотности и модуля упругости зависит от материала, вида ионизирующей радиации и величины поглощенной дозы. Чем больше поглощенная доза, тем больше изменяется модуль упругости и плотность материала.ч Таким образом, в чувствительном элементе 1, состоящем из двух жестко соединенный пластин из разных материалов, под действием ионизирующей радиации будут по разному изменяться геометрические размеры и модули упругости этих пластин. Одна пластина будет растягиваться больше, чем вторая, в них возникнут упругие напряже ния, в результате чего такая пара пластин изогнется и примет вид части сферической поверхности с радиусом изгиба R f(D, Ku, С,, С, К,), где D - поглощенная доза излучения; Кц коэффициент, учитывающий различие действия разных видов ионизирующей радиации на механические свойства твердых тел, т.е. на величину уменьшения плотности материала и уменьше50ния модуля упругости; С j и С - моду ли упругости первой и второй пласти- ны; К, - коэффициент, учитывающий геометрические параметры чувствительного элемента. При достаточно большом значении отношения длины J элемента к ширине Н элемент изогнется практически по дуге радиуса R. Необходимо учесть, что значения модулей упру- гости С и С, входящие в формулу радиуса изгиба R, также зависят от поглощенной дозы радиации (). Чем больше эквивалентная поглощенная доза (1)К(,), тем больше радиус изгиба чувствительного элемента, и поэтому по величине деформации изгиба чувствительного элемента, возникающей за счет поглощения излучения, можно определить с достаточной точностью. величину поглощенной дозы. Деформацию пластины чувствительного элемента измеряют с помощью стрелки и шкалы 5, проградуированной в единицах поглощенных доз. В известном устройстве (в прототипе) изменения электрического сопротивления границь раздела пленкаподложка от поглощенной дозы имеет линейный характер для доз не выше Ю рад. Изменение же под действием радиации плотности твердых тел и измерения модуля упругости имеет линейный характер в значительно большем диапазоне поглощенных доз вплоть до рад. Таким образом, положительный эффект - расширение диапазона измеряемых по-глощенных доз - достигается в предлагаемом изобретении измерением величины деформации упругого изгиба чувствительного элемента. Подбирая материалы для чувствительного элемента (материалы пленки и кристалла) и их геометрические размеры, можно получить такие чувствительные элементы, с помощью которых можно измерять поглощенные дозы в широком диапазоне значений (например, от 10 до 10 рад). Увеличение поглощенной дозы свьш1е 10 рад (т.е. 10 , 10 рад и т.д.) приводит к тому, что зависимость величины деформации чувствительного элемента от величины поглощенной дозы становится непропорциональной или вообще исчезает. Вследствие этого определение поглощенной дозы свьш1е Ю рад становится или вообще невозможным, или существенно сложным. Нютнее значение поглощенной дозы 10 рад определя

1. ДОЗИМЕТР, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пластины из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее OIQSIU SK ;fffOT ifi устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменяемых поглощенных доз, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиационного изменения модуля упругости, отличным от коэффициента радиационного изменения модуля упругости монокристалла, а регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба. 2. Дозиметр по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции дозиметра, чувствительный элёмен одним концом закреплен в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным устройством-измерителем деформации. Cfd сл ОЛ