Способ изготовления тонкослойного детектора для интегрирующего твердотельного дозиметра

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 9 А (51) 4 С 01 Т 1!11

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3622866/24-25 (22) 11,07 .83 (31) Р 3226378.3 (32) 12.07.82 (33) DE (46) 07.02.86. Бюл. - 5 (71) ДР. Георг Хольцапфель (DE) (72) Георг Хольцапфель Е. и Ян Леш (DZ) (53) 539. 1.074(088 ° 8) .(56) Оберхофер И., Щарманн А. Эпплайд термолюминесденс дозиметри, Брюссель, Люксембург, 1981, с. 44.

Хольцапфель Г. и др. Проскдингз

VI интернейшнл конференс он солид стейт дозиметри. — Тулуза, Франция, 1980, с. 97-122. (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСЛОЙНОГО ДЕТЕКТОРА ДЛЯ ИНТЕГРИРУЮЩЕГО ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ДОЗИМЕТРА, преимущественно термолюминесцентного, включающий нанесение чувствительного слоя из порошкообразного материала на носитель, отличающийся тем, что, с целью улучшения воспроизводимости характеристик. детектора, слой порошкообразного материала нагревают и одновременно подвергают избыточному давлению до образования его химической н механической связи с предварительно обработанной поверхностью носителя.

1210679

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что давление и тем- пературу выбирают в интервале, в котором термолюминесцентный отклик имеет относительный максимум.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что в качестве материала для чувствительного слоя используют пластичный деформированный материал, в частности LiF, Li В О, CaF<4. Способ по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что в качестве носителя используют материал с низким эффективным порядковым номером, в частности Be, В, Mg, Al, Si, или соединения ВеО, MgO, Аl Оз с поверхностью, предварительно обработанной путем пескоструйной очистки и/или травления.

5. Способ по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем, что между чувствительным слоем и поверхностью носителя наносят плазменным напылением связующий слой, например, из В, Mg, Al, Si.

6. Способ по пп. 1,3 и 5, о т л и ч а ю шийся тем, что в ка-! честве носителя используют графит.

7. Способ norm. 1-6, о т л ич а ю шийся тем, что под чувствительный слой наносят светоотражающий слой, например, из Be, Al, Mg, MgO, А1 Оз.

Изобретение относится к способу изготовления тонкослойного детектора для интегрирующего дозиметра, в частности термолюминесцентного дозиметра из порошкового материала.

Целью изобретения является улучшение воспроизводимости характеристик детектора путем изготовления дозиметра с тонким детекторным слоем, на термолюминесцентную (ТЛ) чувствительность срабатывания которого относительно излучения параметры способа изготовления не оказывали бы отрицательного влияния и который сохранял бы длительно прочную связь с термостойкой подложкой и при температурах до 400 С.

8. Способ по.п. 7, о т л и ч а юшийся тем, что светоотражающий слой наносят плазменным напылением.

9. Способ по пп. 1-8, о т л ичающий с я тем, что, с целью одновременного получения большого количества детекторов, в качестве носителя используют пластину большого размера, а отдельные детекторы получают путем ее разрезания или распиливания.

10. Способ по п. 9, о т л ич а ю шийся тем, что используют пластину с нанесенной на нее сеткой надрезов, а одновременное отделение детекторов осуществляют, подвергая пластину кратковременному воздействию высокого давления.

11. Способ по и. 9, о т л ич а ю шийся тем, что для разделения пластины на отдельные детекторы используют устройства для прессования с режущими выступами требуемого рисунка.

12. Способ по пп. 1-11, о т л и ч а ю шийся тем, что чувствительный слой с помощью устройства для прессования с выступом впрессовывают при высокой температуре в углублении в носителе.

13. Способ по пп. 1-12, о т л ич а ю шийся тем, что прессование осуществляют путем вальцевания.

Суть изобретения заключается в том, что подбирают такой режим обработки, при котором получаемый детектор обладает достаточно большой термолюминесцентной,чувствительностью, хотя с ростом давления обычно наблюдается его спад. По предпочтительному варианту осуществления предлагаемого способа давление и

10 температуру выбирают в области относительного максимума термолюминесцентной чувствительности.

Наиболее подходящими для перера15 ботки по предлагаемому способу благодаря своей относительно хорошей пластичности, являются такие вещества, 3 как фтористый литий 1.Ы, борат лития (1,i В 0 ) и фтористый кальций (CaF ).

Для обеспечения тканевой эквивалентности дозиметра предпочтительно применять материалы с небольшим эффективным порядковым номером. В качестве подходящей подложки с небольшим значением для получения детекторов по предлагаемому способу можно использовать как простые элементы, такие, как берилий (Be), магний (Mg), алюминий (Аl), кремний (Si), так и их сплавы и соединения, например окись бериллия (ВеО), окись магния (Mg0), окись алюминия (А1.,0э), а также смеси этих керамик, причем поверхность подложки может быть подвергнута предварительной обработке травлением и/или пескоструйной очисткой.

По другому варианту осуществления предлагаемого спомоба, предварительная обработка поверхности подложки заключается в нанесении на нее пламенным напылением пленки, состоящей, например, из бора (В), магния (Mg), .алюминия (Al), кремния (Si) или их сплавов, или окиси магния (Mgo), окиси алюминия (А1 0э) или их смесей.

Такая пленка служит связующим слоем между подложкой и слоем детектора, наносимым горячим прессованием.

Способ можно применять и при использовании в качестве подложки материалов на основе графита перед нанесением на них пленки детектора горячим прессованием по предлагаемому способу.

С целью повышения термолюминесцентного выхода света при нагревании ТАД на поверхность неотражающих подложек или связующих слоев, в част-. ности, из бора (В) или кремния (Si) наносят отражающий слой из бериллия (Be), магния (Mg), алюминия (Al) или их сплавов, окиси магния (MgO), окиси алюминия (А1 0з) или их смесей.

По другому варианту осуществления способа такой отражающий слой наносят пламенным напылением. Так, напри.мер, связующий слой из бора вместе с отражающим слоем из окиси алюминия (оба слоя наносят пламенным напылением) вместе образуют двойной промежуточный слой между подложкой, например, из графита и пленкой детектора, например, из фтаристого лития

210679 4 (ЬiF) . В результате получается следующая структура: С/В/Аl Оз. LiF.

Другие варианты осуществления предлагаемого изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

На фиг. 1-3 показаны различные варианты осуществления носителя слоев, вид сбоку,; на фиг.4 — трехмерная диаграмма предельного термолюминесцентного отклика LiF-слоя, нанесенного горячим прессованием, в зависимости от давления и температуры.

Пленка детектора 1 (фиг.1), нанесенная прессованием на соответствующим образом подготовленную подложку 2, покрывает всю поверхность последней.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, пленка детектора 1 (фиг. 2), нанесенная прессованием на соответствующим образом подготовленную подложку 2, лишь частично покрывает ее поверхность.

В варианте осуществления (фиг.3) пленка детектора 1 запрессована в углубление в подложке 2, благодаря чему она лучше защищена от механических. повреждений. Промежуточные связующий 3 и отражающий 4 слои нанесены между подложкой 2 и пленкой детектора 1.

Для получения целой партии детекторов за один прием горячего прессования в соответствии с изобретением предлагается применять большую пластину подложки, которую затем разделяют на отдельные детекторы разреза- . нием или распиливанием.

По предпочтительному варианту

40 осуществления изобретения применяют большую пластину подложки с нанесенной на ней сеткой насечек-надрезов.

Из такой пластины все детекторы одной партии можно получить одновремен45 но, подвергнув ее, например, краткому воздействию высокого давления.

По другому варианту, для отделения детекторов одной партии соответствующую сетку наносят на штамп пресса.

Горячее прессование для получения тонкослойных детекторов по предлагаемому способу целесообразно осу55 ществлять в прессе с штампом и опорной плитой. Горячее прессование по предлагаемому способу можно осуществлять с помощью вальцевания, 1210679 причем предпочтительно испольэовать один нли несколько обогреваемых нагруженных валков.

Пример 1. Детекторы представ5 ляют собой диски диаметром 17 и толщиной 1 мм с концентричным углублением диаметром 10 и глубиной

0,5 мм,. в которое наносятся тонкие пленки. В качестве материала детектора используют фтористый литий, легированный магнием и титаном (LiF:Mg, Ti). Горячее прессование о проводят при давлении 75 мПа и 400 С.

При этом установлено, что характер- 15 ная люминесценция этого материала, в частности его кривая свечения (зависимость фототока от линейно возрастающей температуры) существенно не меняется при переходе от 20 порошка к тонким пленкам, полученным путем горячего прессования его ,предлагаемым способом. Чувствительность детектора из фтористого лития, нанесенного без промежуточных слоев на алюминиевый субстрат (Al)LiF-детектор к гамма-излучению (0,012 кГр), а также его кривая свечения практически идентичны с аналогичными характеристиками исходного, помещен- 30 ного в чашечку, порошка, равной мас-, сы (24 мг). Однако в области малых доз имеется отклонение, поскольку свет, испускаемый от поверхности раздела .(Al)LiF, сильно увеличивает с ростом температуры фон этого детектора, не зависящий от излучения.

Пример 2. Детектор из фторис-+ того лития, нанесенного горячим прессованием на графитовую подложку. с связующим слоем из бора и отражаю-. щим слоем иэ окиси алюминия, нанесенным пламенным напылением (С/В/A1 0 )LiF-детектор практически отвечает всем требованиям термолюминесцентной дозиметрии. В частности, его-фон (включая и фон регистрирую-, щего прибора) настолько мал, что он лишь незначительно превышает фон нагревателя и фотоэлектронного умножителя регистрирующего прибора. Кривая свечения его почти совпадает с кривой свечения (LiF:Mg, Ti) материала (24 мг) 0 012 кГр. С помощью такого детектора, таким образом, можно регистрировать излучения вплоть до 10 кГр.

На фиг. 4 представлены предельные термолюминесцентные отклики на излучение пленок, нанесенных горячим прессованием, отнесенные к предельному отклику необработанного порошка, в зависимости от давления и температуры прессования. С ростом давления, в частности, выход уменьшается. Если, однако, температуру. прессования увеличивать при постоянном давлении, то при температуре о примерно 400 С образуется термолюминесцентный материал (LiF), после чего наблюдается резкий спад °

Седлообразная линия Д с максимумом лежит выше 400 С. Детекторная пленка прочно сваривается с материалом подложки только при значениях Р и Т выше определенной величины. Область этих значений (фиг. 4) заштрихована.

Рабочую точку (5), таким образом, следует выбирать в этой области.

В данном случае рабочей точке соответствует давление 75 ИПа и температура 400 С.

Преимущества детекторов, получае- .

4-мых предлагаемым способом, обусловлены прежде всего небольшой толщиной пленки детектора, прочностью связи ее с термостойкой подложкой из материала с малым порядковым номером. Это обеспечивает равномерный нагрев объема детектора, а также надежный термический контакт с нагревательной системой регистрирующего прибора. Благодаря этому можно быстро и с хорошей воспроиэводимостью определять величину поглощенной дозы. Так, в серии опытов с одним детектором, который облучается одинаковыми дозами, стандартные отклонения составляют 1X..

1210679

ВНИИПИ, Заказ 558/62

Тирах 730 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул.Проектная, 4