мых для работы амплитудного анализатора. К недостаткам данного устройства следует отнести, следующее. Известно, что большое затухание ультразвука в металлах связано с электронами проводимости. В металлах, конечно, имеют место и механизмы затухания, обусловленные ангармонизмом сил взаимодействия в решетке. Но по мере снижения температуры металла решеточный вклад в затухание уменьшается, а электронное затухание при высоких частотах остаются постоянными. Таким образо.м, электронный вклад в затухание становится доминируюш,им при низких температурах и высокихчастотах. Так как детектор работает при температуре жид. кого гелпя, в дальнейшем будет учитываться только электронный вклад в затухания ультразвуковых колебаний. Важным нараметром, который при этом необходимо учитывать, является средняя длина свободного пробега электронов /. Частотный диапазон ультразвуковых волн удобно разделить ка две области, для которых q I соответственно больше и меньше единицы, где q 2л -;- - волновое число ультразвуковой волны, л - длина волны. В достаточно чистых материалах при низких температуpax q , при частотах v 10 Гц. Например, используя типичное значение / 10 см при Т 41 и скорость звуковой волны V 5 10 см/с, получаем q I I при У 8 Ю Гц. Для рассматриваемой области температур Т 4К и частот v 10 Гц, . Коэффициент затухания по интенсивности ультразвуковой волны а при q-l для продольной волны (,тУ fv 6рУе2 И для поперечной волны SnamVfv ОС - где По - плотность свободных электронов, т -масса электрона, Vf- скорость электронов на поверхности Ферми, р - плотность вещества, в котором распространяется волна; 1 f - скорость продольной и поперечной волны соответственно, V - частота ультразвуковых колебаний. При переходе вещества в сверхпроводящее состояние отнощение коэффнциентоа поглощения звука в сверхпроводящем нормальном состоянии а„ описывается следующей формулой as 2 кп . AT 1 -f- exp-- при (T), где hv - энергия кванта звукового колебания, V - частота ультразвуковой волны, Л (Т) - ширина щели в энергетическом спектре нормальных электронов. Так для ниобия при Т 2К А 30,5 10 эв, (х„ 10. Поглощение энергии ионизирующего излучения сверхпроводником приводит к образованию нормальных электронов за счет разрушения куперовских пар и разогрева решетки. В результате увеличивается коэффициент поглощения звука в области трека. Из формул для а видно, что для того чтобы получить максимальное изменение поглощения звука в треке необходимо увеличить частоту ультразвуковых колебаний V. Но при этом должно выполняться усло е|Д(Т) „, вне „акб Так для ПИООИЯ VJOKC- 1,5- 102 Гц. . Распространение обычных .методов возбуждения звука на область частот выше нескольких десятков гигагерц сталкивается с рядом сложностей, причем в основном затруднено детектирование фонов. Так акустические фононы обычно возбуждаются и детектируются с помощью пьезообразователей, работающих в диапазоне v 25 10 Гц. Это связано с тем, что эффективность пьезоэлектрического приемника ультразвука зависит от связи между электро.магннтнымп и ультразвуковыми волнами в преобразователе. Поэтому для эффективного детектирования нужно, чтобы между фронтом звуковой волны и плоскостью приемника угол не превышал X/Q, где Я - длина волны, Q - поперечный размер приемника. Если это условие не соблюдено, то разные точки приемника будут возбуждаться не синфазно, и сигналы от них будут взаимно погашаться. Достигнутый в этом направлении рекорд 114109 Гц. Таким образом, применение пьезоэлектрических преобразователей в качестве датчиков и приемников ультразвуковых колебаний не позволяет получить максимальной чувствительности регистрации излучений для данного детектора. Цель изобретения - повышение чувствительности регистрации ионизирующих излучений акустическим детектором. Поставленная цель достигается тем, что в известном сверхпроводящем акустическом детекторе ионизирующего излучения, содержащем акустически проводящую среду в сверхпроводящем состоянии и находящиеся в контакте с ней генератор п приемник акустических колебаний, устройство обработки сигналов детектора, электрически связанное с приемником акустических колебаний, генератор и приемник ультразвуковых колебаний выполнены в виде сверхпроводящих туннельных диодов, причем приемник и генератор выполнены из различных сверхпроводящих материалов, величина энергетической щели в спектре электронов которых Ль Д2 в зависимости от Беличины щели материала акустически проводящей среды АЗ и удовлетворяет соотношению AI А2 АзИзвестен способ генерации и детектирования высокочастотных фононов с помощью сверхпроводящих туннельных диодов. Сверхпроводящий туннельный диод представляет собой две плеики сверхпроводящего материала, разделенных тонким слоем изолятора при , где Т - температура перехода материала в сверхпроводящее состояние. На фиг. 1 ириведена вольт-амперная характеристика такой структуры; на фиг.2 схематически изображен предлагаемый детектор. Если к туннельному диоду приложено напряжение , где / заряд электрона (область 2 на фиг. 1), то прохождение тока в диоде связано с разрывом куиеровских пар, и в обе пленки, составляющие переход, инжектируются нерав-новесные квазичастицы. Эти избыточные квазичастицы могут рекомбинировать в куаеровские пары, излучая энергию в виде фонона, равную величине 2А. Таким образом, с помощью сверхпроводяидего туннельного диода можно получить монохроматический источник фоноков высокой энергии (ширина спектра КТ), причем частота генератора может перестраиваться с помои.1,ью внешнего магнитного поля, так как 2А (Я), где Я - напряженность внешнего приложенного магнитного поля. Сверхпроводящий туннельный дтюд может являться и детектором фононов. Детектирование фононов происходит при напряжении в области 1 фиг. 1. В этой области ток диода / N/R, где N - плотность квазичастиц в переходе, а R - сопротивление перехода. Если энергия фононов hv 2А, то попадая в переход, они разр 1вают куперовские пары, увеличивают Л и тем самым создают изменение тока 5/, которое измеряется. Изменение силы тока SI SN /„ ф, где / ф - поток фононов, приходящих в детектор. Таким образом, диод может служить детектором фононов в очень широкой области частот. Другим важным его преимудсством является то, что будучи детектором энергии, он не чувствителен к изменению фазы волны. Предлагаемый детектор состоит из сверхпроводящего материала 1 цилиндрической формы с расположенными на нем датчиками, один пз которых выполняет функцию генератора 3 звуковых колебаний, а второй - приемника 2. В качестве датчнка используют сверхпроводящие туннельные диоды, причем сверхпроводящие материалы подобраны таким образом, что АЗ А2 АЬ где АЗ, JJiv .li - ширина щели в спектре возбужденных состояний акустически проводящего материала 1, генератора 3 и приемника 2 соответственно. Детектор монтируется на хладопроводе 4, который осуилествляет тепловой контакт детектора со стенками криостата 5, погруженного в жидкий гелий. Рабочая температура детектора , где Тк„.„, - температура, при которой как поглощающий объем 3. так и датчики 3 и 1 /находятся в сверхпроводящем состоянии. Необходимая температура достигается путем откачки паров гелия. При подаче на датчик 3 напряжения смещения источника 6, он генерирует высокочастотные фононы с частотой v --. Лаккак hv- 2А2 2Аз, фононы проходят через сверхпроводник 1 без поглощения и поступают иа приемник 2, на который предварительно подано напряжение смещения Uz,-- от источника 7. В качестве сверхпроводящих материалов можно использовать для акустически проводящей среды ниобий А(Т 0) 27,3- 10- эВ и для приемника - олово А(Т 0) - 11,5- 10- эВ. Прп рабочей температуре Т 2К, когда генератор 3, приемник 2 и поглощающий объем 1 находятся в сверхпроводящем состоянии и напряжениях смещения м;;, (/2 1 MB, частота генерируемых фононов V 1,3 102 Гц, так как А (Т 2К) « А с.(Т 0). При попадании ионизирующего излучения в сверхпроводнике 1 происходит резкое повышение числа нормальных электронов в треке и, соответственно, коэффициента поглощения фононов. Это приводит к модуляции интенсивносги потока фононов, поступающих в приемник 2, что и является сигналом о попадании излучения в детектор. Полезный сигнал проходит через буферный каскад 8, который согласует низкоомное выходное сопротивление приемника 2 с высокоомным входным сопротивлением спектрометрического тракта. В спектро.метрическом тракте 9 проводится обычная обработка полезного сигнала до параметров, необходимых для работы амплитудного анализатора 10. Буферный каскад 8, спектрометрический тракт 9 и амплитудный анализатор составляют устройство обработки. Использование предлагаемого изобретения позволяет существенно увеличить чувствительность регистрации ионизирующего злучения, так как рабочая частота детектора v 1,3- 10 Гц близка к
предельной у„акс 1.5 Ю Гц. Применение сверхпроводящих туинельиых диодов позволяет уменьшить габариты установки, так как туннельный диод сам является генератором ультразвуковых колебаний. Отличительной особенностью данного детектора по сравнению с прототипом является простота его настройки и управления.
Формула изобретения
Сверхпроводящий акустический детектор ионизирующего излучения, содержащий акустически проводящую среду в сверхпроводящем состоянии и находяихиеся в контакте с ней генератор и приемник акустических колебаний, устройство обработки сигналов детектора, электрически связанное с приемником акустических колебаний, отличающийся тем, что, с
целью повыщения чувствительности регистрации излучений, 1енератор и приемник звуковых колебаний выполнены в виде сверхпроводящих туннельных диодов, причем приемник и генератор выполнены из разлнчных сверхпроводящих материалов, величина энергетической щели в спектре электроиов которых AI, Д2 в зависимости от величины щели материала акустически
проводящей среды Дз удовлетворяет соотношению AI А2 АЗИСТОЧНИКИ информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США № 3991313, кл. 250-390, опублик. 1970.
2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2774264/18-25, кл. G 01 Т 1/16, 1979 (прототип).
z
/
/
X
/
/
/
//
/
/ /
/
2& e
Фаг. I
LSiZZ2ZZZ2Z7ZZZZ2ZZZ22
(г. 2
