Датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений Советский патент 1974 года по МПК G01T1/16 

(54) ДАТЧИК для ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ рять удельные потери энергии cLB/(i)( с хорошим энергетическим разрешением и регистрировать ядерные излучения с высо кой эффективностью на фоне интенсивных потоков - излучения. Предлагаемьгй датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излуч&НИИ, содержащий чувствительный к ядерному излучению элемент в виде алмазного детектора с запорным и инжектируюпшм контактами и корпус с оконным отверстием расположенным со стороны запорного контакта, отличается от известных устройств тем, что запорный и инжектирующий контакты алмазногх) детектора выполнены в виде слоев из материала с малым атомным номером, прозрачных для падающего ядерного излучения, а уолщина расположенной между ними рабочей области алмазного детектора меньше длины пробега падающег ядерного излучения, причем корпус имеет дополнительное оконное отверстие, располо женное со стороны инжектирующего контакта. Для увеличения детектирующей площади датчика егр чувствительный элемент може быть вьшолнен в виде мозаики из алмазны детекторов ядерных излучений с прозрачными для падающего ядерного излучения запорным и инжектирующим контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего ядерного излучения. Предлагаемый датчик имеет малую емкость, содержит в качестве чувстви7ель но го элемента специально приготовжнный очень тонкий алмазный детектор /см.выще который обладает при комнатной температуре пренебрежимо малыми токовыми и тепловыми шумами из-за высокого удел НО1ХЭ сопротивления детектора и большой ширины запрещенной зоны алмаза, имеет входное и выходное окш незначительной толщины, а также низкую чувствительност к фону У излучения и обеспечивает высокие - и з - отношения. Кроме тогхэ, позволяет измерять удельные потери эиергии хорошим энергетическим разреиюнием. На фиг, ((.)казан разрез металлического да1чика с тремя выводами, содержаще о в качес1-ве чувствительного элемент алмагл1ый детектор яде})11ых излучений с ,Л 1ачи}.1ми пля иадаюшето ядернсло iKiJiy чркр.я чаппрнмм н инжектирующим контактами 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 прюекдиях (и виды спереди и сверху). Предлагаемый датчик вьшолнен в виде металлического корпуса 1 (фиг.1) с оконным отверстием 2. Основным элементом датчика 51вляется 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, меныией длины пробега реги- стрируемого ядерного излучения, падающего на алмазный детектор со стороны запорного контакта 4. Для крепления алмазного детектора служат две аналогичные тонкие изолирующие прокладки 6, изготовленные из цолиэтилена 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 вьшода 9 и 1О, изолированных с помо1цью соответствующего уплотнения металл-изолятор (в некоторых случаях оба вьшода могут проходить через одно уплотнение, изолирующее их друг от друга и от корпуса). Изолированный вьшод 9 соединен приваренной или припаянной к нему проволочкой 11с контак том 5 детектора 3 и служит для прилож&нин напряжения к этому детектору, а изолированный вьшод 12 соединен приваренной к нему проволочкой 13 с контактом 4 и служит для снятия сиг налов с детектора, обусловленных падающим ядерным излучением. Соединения проволочек с соответствующими контактами алмазного детектора осуществляются, например, при помоши аквадага или серебряной пасты с их последующей термообработкой. Для заземления датчика служит приваренный к корпусу неизолированный вьшод 1О. Конструкцию датчика MOytuio упростить, если изготовить его корпус 1 с одним неизолированным вьшодом, соединенным приваренной к ному нроволочкой с ным контактом 4 указанного допжшра и предназначенным для замыкания элекчричегкой пени ннтания детектора 3, а

также для заземления прибора и с одним изолированным выводом, соединенным приваренной к нему проволочкой с инжектрующим 1 онтактом 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 -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 вьшодов. Пня прохода регистрируемого ядерного излучения в корпусе имеется оконное отверстие 2. Основным элементом датчика является алмазный детектор 3 ядерных излучений с прозрач- ными для падающего ядерного излучения запорным 4 и инжектирующим 5 контактами, изготовленными из материалов с малым атомным номером. Толщина рабочей области детектора меньше длины пробега падающего ядерного излучения. Алмазный детектор прижимается к корпус 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 помещают шайбу (на чертеже не показано). Корпус имеет два вьшода 16 и 17. Вывод 16 (соединен приваренной к нему проволочкой 18 с контактом 5 указанного детектора и служит для приложения к нем напряжения. Вьшод 17 соединен привареньой к нему проволочкой 19 с контактом 4 детектора и предназ11гнен для снятия с него сигналов, обусловленных падающим ядерным излучением. Недостатком датчика такого типа является то, что приходится либо экранировать его корпус от падающего ядерного излучения, либо отводить на землю возникающие на корпусе заряды с помощькз соответствующих прнспособлений.

обеспечения незначительных потерь энергии падающе1о ядерного излучения в алмазном детекторе при измерен необходимо, чтобы толщина его запорного и инжектирующего контактов была пренебрежимо мала, д расположенная между ними рабочая область j6bma очень тонкой. Как показали исследования, такие прозрачны е для падающего ядерного излучения запорный и инжектиру ший контакты образуют, например, специально вьшолненные пленки металлов.

При определении интенсивности регис-грируемого ядерного излучения на фоне мощных изотропных потоков -излучения тэкже необходимо применять алмазны 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 J - лучей и уменьшить вклад Б. счет импульсов от электронов, обусловленных поглощением - лучей контактах (уменьшается действие контактов как конвертеров V - 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 пластмасры с малым атомным номеро

Поскольку шумы алмазного детектора пренебрежимо малы, вьшолняя его с очен тонкой рабочей областью, можно существенно снизить его чувствительность к

(J - излучению. При уменьшении толщины 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 У - 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 плао