Дозиметр быстрых нейтронов Советский патент 1987 года по МПК G01T3/00 

Настоящее изобретение относится к технике измерения ядерных излучеHyftj а точнее к дозиметрам потоков быстрых нейтронов, например, атомных реакторов.

Широкое развитие ядерной физики и атомной энергетики, все развивающееся применение в народном хозяйстве различных видов ионизирующих излучений поставили достаточно сложную задачу измерения величин, характеризующих эти излучения. Многообразие источников излучения по их виду, потоку и энергетическому спектру породило большое количество различных методов и приборов дозиметрии, как правило, дополняющих друг друга. Этим методам и приборам посвящена обширная литература. Наряду с химическими фотографическими, активационными и другими дозиметрами в последнее время шире стали.применяться устройства с использованием полупроводниковых детекторов.

Эти методы и приборы на их основе постоянно совершенствуются и позволяют успешно решать все усложняющееся задачи современной дозиметрии ионизирующих излучеш-ш. Однако, все они достаточно сложны; либо требуют проведения дистанционных измерений (как калориметрические или с помощью полупроводниковых детекторов), либо обуславлившот наличие достаточно дорогостоящей и сложной специальной измерительной аппаратуры (активациоиные)

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 воздейст;8ия быстрых нейтронов реактора обычно вместе с исследуемыми образцами облучают какой-либо активационньш индикатор (чаще сера - S) и по измерениям его наведенной активности цассчитывают дозу облучения. Как указьшалось , 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();

b+chd/L,.,1 chd/L .

5b+1 с (b+i) thd/2L

121) (U,(itx

HbTTf lp F TP г

где и - прямое постоянное напряже0 ние, приложенное к магнитодиоду;

Ъ - отношение подвижностей свободных электронов и свободных дырок;

5 Cj - постоянная для данной температуры. Т величина; ро - удельное сопротивление исходного материала базы ди ода;

0 - время жизни дырок, инжектированных в п-базу.. Очевидно, что в случае expd/L 1

1 d b+1 , / е«г ехр - и е - d/L

3S Такая сильная (двойная) экспоненциальная зависимость тока от отношения d/L определяет высокую чувствительность прямой ветви ВАХ к воздействию магнитного.поля, которое несколько уменьшает подвижность неосновных носителей, тем самым уменьшая диффузионную длину неосновных носителей - L.

К настоящему времени в результате 45 многочисленных исследований, посвященных изучению влияния ионизирующе- го излучения различных видов на полупроводник{1 и полупроводниковые приборы, достаточно хорошо известны за5о коны изменения их наиболее важньк

электрофизических параметров, Подроб1-1ЫЙ анализ характера изменения прямой ветви магнитодиода под действием быстрых нейтронов с учетом их влияния КСНа время жизни неосновных носитеll J

лей, удельное сопротивление базы и подвижность носителей показал, что основную роль играет уменьшение времени жизни неосновных носителей. 3 Исследования показьшают, что в широком диапазоне доз быстрьк ней нов изменения времени жизни подчи няются закону 1/Т 1/Г„ + БАХ магнитодиода Из выражения для следует, что Лг , Ь+ Очевидно, что L Ь„лГн IT 1 1 Учитывая,что СоК.Ф с d/L «(4 (иОбозначивd СоКг К, - -2Окончательно получим и и(1+к,Ф) , где Ujj - прямое падение напряжения на магнитодиоде до облуче ния ; К - некоторая постоянная вели чина, зависящая от исходного значения времени жиз неосновных носителей в ба магнитодиода и коэффициен радиационного изменения в мени жизни К. Следует отметить, что величина зависит от вида ионизирующего излу ния и исходного полупроводникового материала. . Исходя из вышеизложенного, очевидно, что для измерения потока бы рых нейтронов необходимо замерить пряное напряжение на магнитодиоде при заданном прямом токе до и посл облучения, а затем рассчитать дозу по форг- уле ( « ). Значение коэффици ента находится предварительно при либровке, предлагаемых дозиметров. Разносторонняя экспериментальная п верка возможностей п едлагаемого д .зиметра подтвердила его преимущества по отношению к аналогам. 6 Дозиметрическая характеристика 1-5меет линейньш характер в диапазоне ,ч до (2-т 4)-10 н/см . Чувствитель-ность однотипных, магнитодиодов к быстрым нейтронам реактора незначительно изменялась от образца к образцу, значение Kjj составляло при начальном напряжении около 12-15 В. (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 простейшю формулам. Кроме того, изменения прямой ветви ВАХ магнитодиода, вызванные быстрыми нейтронами, при комнатнык температурах практически не зависят от времени, что 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 линейной завис1-1мости прямого падения напряжения на образце при заданном значении прямого тока от дозы быстрых нейтронов, а также благодаря обнаруженной авторами высокой чувствительности прямой ветви ВАХ магнитодиодов к воздействию быстрьк нейтронов. Предложение использовать известный магнитодиод как дозиметр потока быстрых нейтронов имеет пpeи тyIцecтвa,, так как этот дозиметр прост по устройству, не требует для проведения. измерений никакой специализированной измерительной аппаратуры, расчет дозы производится по простейцпФ формулам.Он может применяться придозимет :. рии потоков быстрых нейтронов в периферийных каналах атомных реакторов ,мало-мощных источников нейтронов,когда дозиметрия с помощью активационныхдетекторов требует больших временэкспозипии. Использование магннтодиода в каестве дозиметра быстрых нейтронов озволит уменьшить расходы на приобре57239066

тение специализированной измеритель-ров, упростит и убыстрит процесс докой аппаратуры для измерения наведен-зиметрии, что даст экономию в народной активности активационных доэимет-ном хозяйстве.

Ч

Применение магнитодиода в ка-