Пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения

 

Изобретение относится к метрологии ядерных излучений и может использоваться в дозиметрии и радиометрии излучений. Цель изобретения уменьшение погрешности измерения плотности потока и флюенса излучения, которая достигается исключением вклада в выходной сигнал радиационный сторонних токов. Пироэлектрический детектор содержит чувствительный элемент в виде конденсатора. Конденсатор заполнен поляризованным пироэлектриком. Вектор поляризации пироэлектрика перпендикулярен обкладкам конденсатора. Уменьшение погрешности измерений плотности потока и флюенса достигается особой формой выполнения чувствительного элемента, который представляет собой часть тела, которая образована вращением плоской фигуры вокруг неподвижной оси, лежащей в плоскости этой фигуры, не пересекающей ее контур. Причем указанная часть тела плоскостью, которая параллельна оси вращения. В сечении тела плоскостью образованы две площадки, являющиеся электродами. Вектор поляризации в каждой точке пироэлектрика перпендикулярен сечению, образованному плоскостью, проходящему через эту точку и ось детектора. 1 ил.

Изобретение относится к метрологии ядерных излучений и может использоваться в дозиметрии и радиометрии излучений. Цель изобретения уменьшение погрешности измерения пироэлектрическим детектором плотности потока и флюенса импульсного ионизирующего излучения за счет устранения вклада радиационных сторонних токов в выходной сигнал. На чертеже представлен предлагаемый электрический детектор. Пироэлектрический детектор содержит чувствительный элемент 1 с электродами 2, 3, между которыми включено сопротивление 4 нагрузки. Чувствительный элемент 1 выполнен в виде полукольца, полученного в результате рассечения кольца, образованного вращением прямоугольника вокруг неподвижной оси, лежащей в плоскости прямоугольника, но не пересекающей его контур плоскостью, проходящей через ось вращения и диаметр кольца. В сечении образованы две площадки, на которые нанесены электроды 2, 3. Между электродами 2, 3 выполнено сопротивление 4 нагрузки. Вектор поляризации в каждой точке 5 пироэлектрика перпендикулярен плоскости осевого сечения, проходящего через эту точку. Пироэлектрический детектор работает следующим образом. При облучении детектора импульсом жесткого гамма-излучения происходит нагрев пироэлектрика, вследствие чего изменяется его поляризация, а на электродах 2, 3 чувствительного элемента 1 появляется электрический заряд. Так как чувствительный элемент выполнен в виде части тела, образованного вращением плоской фигуры вокруг неподвижной оси, лежащей в плоскости этой фигуры, но не пересекающей ее контур, полученной в результате рассечения его одной плоскостью, параллельной оси вращения, а в сечении образованы две площадки, лежащие в этой плоскости, на которые нанесены электроды, а вектор поляризации пироэлектрика в плоскости расположения электродов 2, 3 перпендикулярен электродам 2, 3. При данном приращении температуры на электродах 2, 3 выделяется максимальный заряд. Измерив ток через сопротивление 4 нагрузки и заряд, выделившийся на электродах 2, 3 за время облучения, определяют плотность потока и флюенс излучения. При облучении детектора направленным гамма-излучением в объеме пироэлектрика возникают комптоновские электроны. Однако образование диполей (положительно заряженный ион-электрон) не приводит к появлению в пироэлектрике электрического поля, силовые линии которого начинались бы и заканчивались на электродах 2, 3, при любой ориентации чувствительного элемента относительно направления распространения излучения и любой степени неоднородности пучка гамма-квантов. Это обусловлено тем, что электроды 2, 3 лежат в одной плоскости, а в таком случае дипольный момент не может иметь составляющую, перпендикулярную одновременно каждому из электродов 2, 3. Отсутствие поля приводит к отсутствию перетекания зарядов во внешней цепи детектора. Таким образом, вклад в выходной сигнал тока, индуцированного компотоновскими электронами, устраняется и, следовательно, уменьшается погрешность измерения плотности потока и флюенса гамма-излучения. Вклад радиационных сторонних токов в выходной сигнал предлагаемого детектора устраняется и при регистрации гамма-излучения других энергий, а также других видов излучения, например нейтронов. Выбор чувствительного элемента 1 и в виде полукольца обусловлен только тем, что в данном случае наиболее проста технология изготовления. В общем случае выбор возможного конструктивного решения обусловлен требованиями конкретного применения детектора (емкостные, частотные, нагрузочные характеристики, чувствительность, временное разрешение и т. д.). Практически реализован детектор, чувствительный элемент которого имеет следующие размеры: внешний радиус 30 мм, внутренний радиус 10 мм, толщина 6 мм. Размер электродов 10˙6 мм². Чувствительный элемент изготовлен из пьезокерамики системы цирконата-титаната свинца марки ПКР-11. Серебряные электроды нанесены методом вжигания; их толщина 10-15 мкм. При поляризации чувствительного элемента напряжение прикладывается к электродам. Так как диэлектрическая проницаемость у пьезокерамики много больше, чем у окружающей среды (при поляризации элемент помещается в масло), то электрическое поле в основном концентрируется в пьезокерамике. Силовые линии поля имеют вид полуокружностей с центрами на оси вращения, которые лежат в плоскостях, перпендикулярных оси вращения. Поскольку пьезокерамика системы цирконата титаната свинца может поляризоваться в любом направлении, то отдельные домены в пьезокерамике выстраиваются вдоль силовых линий. Таким образом, вектор поляризации материала в каждой его точке перпендикулярен плоскости осевого сечения, проходящего через эту точку, в том числе перпендикулярен плоскости электродов 2, 3. Экспериментальные исследования пироэлектрического детектора для измерения плотности потока и флюенса импульсного ионизирующего излучения показали, что по сравнению с известным детектором предлагаемый детектор обеспечивает измерение параметров излучения с меньшей погрешностью за счет устранения вклада в погрешность радиационных сторонних токов. Изобретение позволяет повысить точность измерений импульсного ионизирующего излучения, уменьшить размер детектора, сократить время измерений и уменьшить массу используемой аппаратуры.

Формула изобретения

ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ИМПУЛЬСНОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде конденсатора, заполненного поляризованным пироэлектриком, вектор поляризации которого перпендикулярен обкладкам конденсатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения плотности потока и флюенса излучения за счет исключения вклада в выходной сигнал радиационных сторонних токов, чувствительный элемент выполнен в виде части тела, образованного вращением плоской фигуры вокруг неподвижной оси, лежащей в плоскости этой фигуры, но не пересекающей ее контур, полученной в результате рассечения его одной плоскостью, параллельной оси вращения, причем в сечении образованы две площадки, лежащие в этой плоскости на которые нанесены электроды, а вектор поляризации пироэлектрика, в каждой его точке перпендикулярен плоскости осевого сечения, проходящего через эту точку.

РИСУНКИ

Рисунок 1