Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом



Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом
Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом

 


Владельцы патента RU 2529054:

Общество с ограниченной ответственностью "АПСТЕК Рашен Девелопмент" (RU)

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе малого диаметра со статическим (неоткачиваемым) вакуумом. Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом содержит полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар·см-2·с-1, регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку из карбида кремния типа n+6H-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой карбида кремния типа n-6H-SiC, снабженный с противоположной подложке стороны выпрямляющим слоем в виде барьера Шоттки. Технический результат - повышение радиационной стойкости полупроводникового детектора и эффективности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе малого диаметра со статическим (неоткачиваемым) вакуумом.

Устройство предназначено для использования в приборах для неразрушающего анализа вещества методом меченых нейтронов. Здесь в качестве источника нейтронов используется нейтронный генератор с нейтронами энергией 14 МэВ. Для генерации нейтронов в этом случае используется D - Т реакция (1H2+1H32Не4+0n1), в результате которой образуются альфа-частица с энергией 3.5 МэВ и нейтрон с энергией 14 МэВ. Вылет нейтрона и альфа-частицы происходит в субпротивоположных направлениях. Таким образом, если разместить рядом с источником нейтронов детектор альфа-частиц, то регистрация им альфа-частицы будет свидетельствовать о том, что в противоположном направлении вылетел быстрый нейтрон. Такие устройства находят применение в приборах для неразрушающего анализа вещества, в частности в приборах для каротажа нефтегазовых скважин.

В процессе работы мишень нейтронного генератора испускает световое излучение, электронное излучение, ионы дейтерия и трития, образующиеся в процессе рассеяния падающего пучка в мишени, гамма-излучение и нейтронное излучение с энергией 14 МэВ на фоне этих излучений необходимо с высокой эффективностью регистрировать сопутствующие нейтронам альфа-частицы.

Процесс получения статического вакуума перед проведением герметизации вакуумного объема также требует высокотемпературного удаления газов, связанного с нагревом всей конструкции при непрерывном откачивании вакуумного объема вместе с размещенным в нем детектором сопутствующих частиц.

Известен полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающий полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами; токоотвод со стороны потока заряженных частиц выполнен в виде жесткой прижимной металлической пластины с отверстием напротив чувствительной зоны полупроводникового регистрирующего элемента, прикрепленной к диэлектрическому корпусу, а токоотвод с противоположной стороны выполнен в виде жесткой металлической пластины, поджатой пружинным элементом к полупроводниковому регистрирующему элементу, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1, RU 2247411 C1.

Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является относительно невысокая радиационная стойкость, составляющая 10 12 н е й т р с м 2 . Это не позволяет разместить детектор на близком (менее 60 мм) расстоянии от мишени нейтронного генератора, так как в этом случае ресурс работы детектора резко сокращается под воздействием нейтронного потока генератора и становится меньше стандартного ресурса нейтронного генератора, составляющего 1000 часов при интенсивности нейтронного потока 10 8 н е й т р с е к × 4 π . Однако в условиях ограниченного пространства, в частности внутри обсадной трубы нефтегазовой скважины, расстояние детектора от мишени генератора, как правило, не должно превышать 15-20 мм. Вследствие этого детектор должен обладать высокой радиационной стойкостью - не менее 10 13 н е й т р с м 2 .

Кроме того, недостатком прототипа является ухудшение качества его работы (эффективности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц), обусловленное увеличением относительного уровня шумов (FWHM) с ростом температуры детектора при его нагревании (до 200°С) в ограниченном пространстве нефтегазовой скважины.

Задачей настоящего изобретения является повышение радиационной стойкости полупроводникового детектора и эффективности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц.

Согласно изобретению в полупроводниковом детекторе для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающем полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1, регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку из карбида кремния типа n+6Н-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой карбида кремния типа n-6Н-SiC, снабженный с противоположной подложке стороны выпрямляющим слоем в виде барьера Шоттки.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».

Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения достигается технический результат, состоящий в значительном, более чем в 10 раз, повышении радиационной стойкости детектора. Указанное обстоятельство обусловливает практически весьма важное новое свойство объекта - возможность размещения его в ограниченном пространстве. Кроме того, в отличие от известного технического решения относительный уровень шумов не только не увеличивается с ростом температуры детектора, но, напротив, уменьшается, что явилось довольно неожиданным результатом реализации отличительных признаков изобретения.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен детектор в продольном разрезе, на фиг.2 - график зависимости относительного уровня шумов (FWHM) от температуры детектора.

Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом включает полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, который состоит из двух частей 1 и 2. В конкретном примере части 1, 2 корпуса выполнены из вакуум-плотной керамики ХС-22 (Швеция). Материал диэлектрического корпуса должен обладать газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1. В ином случае в нейтронном генераторе нарушается статический (неоткачиваемый) вакуум в связи с избыточным газовыделением материала корпуса, что приводит к преждевременной потере работоспособности нейтронного генератора.

Полупроводниковый регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку 3 из карбида кремния типа n+6Н-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой 4 карбида кремния типа n-6H-SiC, который с противоположной подложке стороны снабжен выпрямляющим слоем 5 в виде барьера Шоттки. Регистрирующий элемент закрыт со стороны потока заряженных частиц слоем 6, а с противоположной стороны - слоем 7 металла (алюминия). Слои 6 и 7 выполняют функцию электрических контактов и соединены с токоотводами (на чертеже не показаны).

Устройство работает следующим образом. Нейтронный генератор со встроенным полупроводниковым детектором размещают в скважинном каротажном приборе, в данном примере типа MSI С/О, который погружают в обсадную колонну скважины. Мишень нейтронного генератора излучает нейтроны и сопутствующие им α-частицы, вылетающие в противоположном нейтронам направлении, α-частицы попадают на регистрирующий элемент (гетероструктуру) и создают электрический ток между контактными слоями 6 и 7. Указанные электрические сигналы усиливаются и регистрируются наносекундными регистрирующими приборами. Регистрируемый поток α-частиц соответствует направленному зондирующему пучку нейтронов, проходящих через обсадную колонну и попадающих в исследуемую породу. Благодаря направленности зондирующего пучка нейтронов повышается достоверность каротажа породы. При этом весьма важно, что при повышении температуры полупроводникового детектора относительный уровень шумов падает. Сравнительные испытания детектора проведены ООО «Научно-технический центр прикладной физики», Санкт-Петербург. Результаты испытаний отражены графиком, приведенным на фиг.2.

Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающий полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар·см-2·с-1, отличающийся тем, что регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку из карбида кремния типа n+6H-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой карбида кремния типа n-6H-SiC, снабженный с противоположной подложке стороны выпрямляющим слоем в виде барьера Шоттки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ядерного приборостроения и может быть использовано при создании измерителей мощности дозы гамма-излучения ядерной энергетической установки, размещаемой на космическом аппарате.
Изобретение относится к области измерительной техники, к измерению электрических свойств кристаллов алмаза, предназначенных для изготовления детекторов ионизирующих излучений.

Использование: для регистрации электромагнитного излучения, особенно рентгеновских лучей. Сущность изобретения заключается в том, что детектор рентгеновского излучения и цепь его пикселя позволяют покрывать широкий динамический диапазон с использованием автоматического выбора параметра чувствительности в каждом пикселе, таким образом обеспечивая улучшенное отношение сигнал-шум при всех уровнях воздействия.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам радиационных частиц. МОП диодная ячейка монолитного детектора излучений содержит МОП транзистор, шину высокого положительного (отрицательного) напряжения питания и выходную шину, при этом для повышения качества детектирования, т.е.

Изобретение относится к области измерения излучения физических частиц с помощью полупроводниковых детекторов и может быть использовано при создании многоэлементных детекторов заряженных частиц на основе полупроводниковых кристаллов.

Изобретение относится к детекторным модулям, также относится к детекторным устройствам, кроме того, относится к способам детектирования электромагнитного излучения.

Изобретение относится к медицинским системам визуализации, в частности, находит применение в компьютерной томографии (СТ) и, более конкретно, для реконструкции энергетического спектра.

Изобретение относится к технике регистрации ионизирующего излучения, в частности к детекторам рентгеновского излучения. .

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования воздействий радиационного излучения, преимущественно нейтронного, в электрический сигнал, измерение которого позволяет определить уровень радиации или набранную дозу облучения.

Предлагаемое изобретение «Монолитный быстродействующий координатный детектор ионизирующих частиц» относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц. Целью изобретения является повышение быстродействия и технологичности координатного детектора, что особенно важно для создания нового поколения «детекторов меченных нейтронов» для обнаружения взрывчатых веществ, сканеров рентгеновских лучей медицинского, таможенного и иного назначения, отличающихся от известных более высоким качеством изображений объектов. Поставленные цели достигаются за счет использования оригинальной схема - техники детектора, в которой используются только биполярные транзисторы, включенные по схеме с общим коллектором, также за счет функционально-интегрированной монолитной конструкции детектора, где полупроводниковая подложка, в которой генерируются носители заряда, является одновременно общей коллекторной областью биполярных структур транзисторов. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области формирования радиологических изображений, компьютерной томографии (СТ), эмиссионной томографии, радиационных детекторов и их предшествующему уровню техники. Сущность изобретения заключается в том, что узел (20) детектора излучения содержит модуль (40) матрицы детектора, выполненный с возможностью преобразования частиц излучения в электрические импульсы детектирования, и специализированную интегральную схему (ASIC) (42), соединенную при функционировании с матрицей детектора. ASIC содержит схему (60) обработки сигналов, выполненную с возможностью оцифровки электрического импульса детектирования, принятого от матрицы детектора, и тестовую схему (80), выполненную с возможностью введения тестового электрического импульса в схему обработки сигналов. Тестовая схема содержит измеритель (84) тока, выполненный с возможностью измерения электрического импульса, введенного в схему обработки сигналов, и генератор (82) импульсов заряда, выполненный с возможностью генерации тестового электрического импульса, который вводится в схему обработки сигналов. Узел (20) детектора излучения собирают посредством соединения при функционировании ASIC (42) с модулем (40) матрицы детектора и схему (60) обработки сигналов ASIC собранного узла детектора излучения тестируют без использования излучения. Технический результат - повышение качества тестирования устройства детектирования. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию (э.д.с). Согласно изобретению предложен кремниевый монокристаллический многопереходный фотоэлектрический преобразователь оптических и радиационных излучений, содержащий диодные ячейки с расположенными в них перпендикулярно горизонтальной светопринимающей поверхности вертикальными одиночными n+-p--p+(p+-n--n+) переходами и расположенными в диодных ячейках параллельно к светопринимающей поверхности горизонтальными n+-p-(p+-n-) переходами, причем все переходы соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, расположенными соответственно на поверхности областей n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом он содержит в диодных ячейках дополнительные вертикальные n+-p-(p+-n-) переходы, причем их области n+(p+) типа подсоединены соответственно областями n+(p+) типа n+-p-(p+-n-) горизонтальных переходов к областям - n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом на его нижней и боковых поверхностях расположен слой диэлектрика толщиной менее длины пробега радиационных частиц в диэлектрике, на поверхности которого размещен слой радиоактивного металла толщиной, равной длине пробега электронов в металле, при этом расстояние между электродами диодных ячеек не превышает 2-х длин пробега радиационных частиц. Также предложен способ изготовления описанного выше кремниевого монокристаллического многопереходного фотоэлектрического преобразователя оптических и радиационных излучений. Изобретение обеспечивает повышение КПД преобразователей энергии излучения в электрическую энергию, уменьшение их веса на единицу площади и расширение области их применения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к детектору излучения и соответствующему способу детектирования излучения. Детектор (100-400) излучения содержит элемент-преобразователь (110) для преобразования падающего излучения (X) в электрические сигналы; периодический или квазипериодический массив анодов (130-430), расположенный на первой стороне элемента-преобразователя (110); по меньшей мере два направляющих электрода (140-440), которые расположены примыкающими к двум различным анодам; блок (150) управления, который подсоединен к упомянутым по меньшей мере двум направляющим электродам (140-440) и приспособлен подавать различные электрические потенциалы на упомянутые по меньшей мере два направляющих электрода (140-440), при этом упомянутые потенциалы являются функцией напряжений холостого хода, которые возникают между направляющим электродом (140-440) и соответствующим анодом, когда между соответствующими анодами (130-430) и катодом (120) подается напряжение. Технический результат - повышение точности детектирования излучения. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к детектору для обнаружения высокоэнергетического излучения. Детектор (100) излучения содержит преобразовательный элемент (102) для преобразования падающего высокоэнергетического излучения (X) в зарядовые сигналы, катод (101) и решетку (104) анодов (103), расположенные на разных сторонах преобразовательного элемента, для генерации электрического поля (Е0, Ed) в преобразовательном элементе (102), при этом преобразовательный элемент (102) имеет пространственную неоднородность, за счет которой напряженность упомянутого электрического поля (Е0, Ed) увеличивается в первой области (Rd) вблизи анодной решетки и/или уменьшается во второй области (R0) на удалении от анодной решетки. Технический результат - повышение точности регистрации падающих высокоэнергетических фотонов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Использование: для регистрации электромагнитного излучения со сложным спектральным составом. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковый комбинированный приемник электромагнитного излучения включает соосно расположенные каналы регистрации оптического и жесткого электромагнитного излучения, созданный на основе чередующихся эпитаксиально согласованных слоев чувствительных в соответствующих спектральных диапазонах полупроводниковых материалов с электронно-дырочными переходами или без них, чувствительные слои располагают по разные стороны подложки, толщина чувствительного к жесткому электромагнитному излучению материала приемника на два порядка больше, чем у чувствительного материала фотоприемника, в качестве фильтра для приемника жесткого электромагнитного излучения, обрезающего излучение оптического диапазона, используют слой чувствительного к этому излучению полупроводникового материала, на основе которого формируют фотоприемник оптического диапазона. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции и расширение возможностей систем регистрации электромагнитного излучения. 1 ил.

Изобретение относится к системе визуализации и более конкретно к детектору со счетом фотонов с разрешением по энергии. Система визуализации содержит источник излучения, испускающий излучение, проходящее через область исследования, и детекторную матрицу с множеством пикселей детектора со счетом фотонов, которые детектируют излучение, проходящее через область исследования, и соответствующим образом генерируют сигнал, показывающий детектированное излучение. Пиксель детектора со счетом фотонов содержит слой прямого преобразования, который имеет первую принимающую излучение сторону и вторую противоположную сторону, катод, прикрепленный к и покрывающий всю или значительную часть первой стороны, анод, прикрепленный к центрально расположенной области второй стороны, причем анод содержит по меньшей мере два под-анода, и металлизацию, прикрепленную ко второй стороне, окружающую анод и область анода, с зазором между анодом и металлизацией. Система также содержит реконструктор, который реконструирует сигнал для того, чтобы генерировать данные объемного изображения, показывающие область исследования. Технический результат - повышение выхода соединений пайкой для пикселя детектора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам радиационных частиц. Изобретение обеспечивает повышение эффективности регистрации оптических и глубоко проникающих излучений и повышение быстродействия детектора излучений. Биполярная ячейка координатного фотоприемника - детектора излучений может использоваться в современных системах дальнометрии, управления неподвижными и движущимися объектами, зондирования облачности и контроля рельефа местности, оптических линий связи. Технический результат достигается за счет применения новой электрической схемы, в которой имеется собирающий ионизационный ток p-i-n-диод, а также 2-эмиттерный биполярный n-p-n (p-n-p)транзистор, первый эмиттер которого подключен соответственно к первой выходной адресной шине, а второй - ко второй выходной адресной шине, а база биполярного транзистора через резистор подключена к шине напряжения смещения, а коллектор - к шине питания. При этом данная электрическая схема реализуется в конструкции интегральной схемы, в которой функционально совмещены высоковольтный p-i-n-диод и низковольтный усиливающий ионизационный ток биполярный транзистор. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц. В емкостной МОП диодной ячейке фотоприемника-детектора излучений применена новая электрическая схема, в которой используются усилительный обогащенный p-МОП транзистор, конденсатор, p-i-n-диод, поликремниевые резисторы, дополнительные p-МОП и n-МОП транзисторы и оригинальной конструкции ячейки координатного фотоприемника-детектора. Также использована функционально-интегрированная структура p-i-n-диода, в которой расположена емкость, разделяющая высокое напряжение, приложенное к p-i-n-диоду, и низкое напряжение питания для КМОП электронных схем. Это позволяет увеличить надежность работы, чувствительность и координатную точность фотоприемника-детектора излучений. 4 ил.
Наверх