Эмиссионный калориметр


 


Владельцы патента RU 2549611:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ (RU)

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике. Эмиссионный калориметр для измерения энергии частиц представляет собой сандвич из поглотителя и активных элементов, расположенных перпендикулярно падающим частицам, при этом активные элементы состоят из двух электродов, разделенных газовым зазором около 100 мкм при атмосферном давлении, один из электродов подключен к источнику напряжения порядка 50 кВ/см, а другой электрод подключен к блоку амплитудного анализа. Технический результат - упрощение конструкции устройства, улучшение временного разрешения и повышение радиационной стойкости. 1 ил.

 

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике.

Известно устройство (К. Клайнкнехт. Детекторы корпускулярных излучений. Издательство ″Мир″, 1990, с.166) для измерения энергии частиц, состоящее из слоев поглотителя и активных элементов (сандвич), установленных перпендикулярно пучку падающих частиц. В качестве активных элементов чаще всего используются сцинтилляторы, свет с которых собирается переизлучающими волокнами и регистрируется фотодетекторами (фотоумножителями). Радиационная стойкость (уменьшение световыхода в е раз) лучших сцинтилляторов не превышает 5 Мрад. Кроме того, длительность импульса с таких детекторов около 70 нс (по основанию), что при больших потоках частиц (как, например, на современных коллайдерах) приводит к недопустимым просчетам. Дополнительная трудность в использовании таких детекторов связана с фотодетекторами. Наиболее распространенными фотодетекторами являются фотоумножители, которые чувствительны к магнитным полям и требуют магнитной экранировки, что очень трудно реализовать при магнитных полях сверхпроводящих магнитов.

С другой стороны, предложено устройство (С. Adloff, D. Attle, J. Blaha et al. arXiv: 3197v2) для измерения энергии частиц, состоящее из микрозазорных газовых камер.

У такого устройства имеются следующие недостатки:

1) сложная конструкция детектора, содержащего много элементов;

2) длительность сигнала определяется дрейфовым зазором и при минимальном зазоре 3 мм будет равняться около 60 нс (скорость дрейфа в газе около 20 нс/мм);

3) в газовом зазоре реализуются случаи рассеяния электрона газа под большим углом относительно частицы ливня, у такой частицы большой пробег в газе соответствует аномально большому эффективному энерговыделению (″Техасские башни″), что резко ухудшает энергетическое разрешение калориметра.

Задача, решаемая изобретением - резкое упрощение конструкции активного элемента, уменьшение разрешающего времени (длительности импульса) и подавление ″Техасских башен″.

На чертеже изображено заявляемое устройство. Оно включает поглотитель 1 и активный элемент 2, который состоит из двух электродов, наполненных газом (неон, аргон, гелий и т.д.) при атмосферном давлении и разделенных зазором около 100 мкм, на один из них подается напряжение порядка 50 кВ/см, а с другого электрода снимается сигнал для амплитудного анализа.

Калориметр работает следующим образом. Частицы ливня, образуемого электронами или адронами, выбивают из материала поглотителя на границе с активным элементом электроны вторичной эмиссии малой энергии (~эВ). Они попадают в газовый объем активного элемента, где в сильном электрическом поле усиливаются в 104-105. Вероятность высокоэнергетичной частицы произвести в этом зазоре ионизацию мала и, кроме того, равномерно распределена по длине зазора, что делает сигнал от этой частицы пренебрежимо малым по сравнению с электроном вторичной эмиссии. Поскольку число электронов вторичной эмиссии пропорционально числу ливневых частиц, то измеряемая амплитуда электронов вторичной ионизации будет пропорциональна энергии налетающей частицы.

Преимущества этого метода:

- очень простая конструкция активного элемента по сравнению со всеми существующими элементами;

- радиационная стойкость превышает практические требования;

- длительность сигнала на уровне наносекунд, а временное разрешение около 100 пс;

- сильно подавлен эффект образования ″Техасских башен″;

- амплитудный спектр ионизационных потерь от электрона вторичной эмиссии не будет иметь распределения Ландау, поскольку в данном случае в газовом зазоре не будет происходить больших передач электронам газовых молекул. Таким образом, амплитуда сигнала с такого калориметра пропорциональна числу электронов вторичной ионизации (а не ионизационным потерям ливневых частиц, как в аналоговых калориметрах). И можно ожидать улучшения энергетического разрешения.

Эмиссионный калориметр для измерения энергии частиц, представляющий сандвич из поглотителя и активных элементов, расположенными перпендикулярно падающим частицам, отличающийся тем, что активные элементы состоят из двух электродов, разделенных газовым зазором около 100 мкм при атмосферном давлении, один из электродов подключен к источнику напряжения порядка 50 кВ/см, а другой электрод подключен к блоку амплитудного анализа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал, измерение которого позволяет определить уровень радиации и набранную дозу гамма-, протонных, электронных и альфа-излучений.

Изобретение относится к космической технике, в частности для регистрации микрометеороидов и заряженных частиц ионосферы. Устройство контроля герметичности элементов конструкции космического аппарата содержит приемник ионов, установленный на расстоянии от контролируемой поверхности космического аппарата, спутниковый модем, устройство формирования сигнала, при этом спутниковый модем, устройство формирования сигналов и приемников ионов заключены в одном защитном корпусе, вход приемника ионов соединен с устройством формирования сигнала, выход которого соединен со входом спутникового модема, соединенного с антенной, фокусирующую сетку, прикрепленную к защитному корпусу, устройство ионизации потока газовых частиц, прикрепленное со стороны фокусирующей сетки к защитному корпусу, в защитном корпусе установлен фотоэлектронный умножитель, а на контролируемой поверхности космического аппарата установлен пьезодатчик, соединенный с помощью усилителя с устройством формирования сигнала, при этом на поверхности космического аппарата установлены измерительные антенны не менее трех штук, которые дополнительно снабжены антенными усилителями, соединенными с устройством формирования сигнала.

Изобретение относится к области экспериментальной физики и может быть использовано в установках физики элементарных частиц и в исследованиях, проводимых ядерно-физическими методами в потоках заряженных частиц или рентгеновского излучения.

Изобретение относится к координатным газонаполненным детекторам излучения и может быть использовано в области экспериментальной физики, для работ в высокоинтенсивных потоках заряженных частиц, а также в геологии, археологии, а также для радиографического контроля и томографических исследований крупномасштабных объектов.

Изобретение относится к способу определения эффективных масс закладок делящегося вещества. .

Изобретение относится к ионизационным многопроволочным координатным детекторам и может быть использовано в экспериментальной ядерной физике для регистрации ядерного излучения.

Изобретение относится к ускорительной технике и может быть использовано в ядерной физике и астрофизике. .

Изобретение относится к области радиационной экологии и может быть использовано для оперативной радиометрии жидких проб методом аэроионной топометрии, а также дистанционного поиска остатков ядерного топлива, например плутония, загрязняющих поверхности в результате аварий или в ходе производственных процессов.

Изобретение относится к метрологическому обеспечению войсковой дозиметрической аппаратуры. .

Изобретение относится к средствам обнаружения подводных радиоактивных объектов, находящихся на больших площадях дна или погруженных в него. .

Изобретение относится к полупроводниковым приборам для преобразования ионизирующего излучения в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что матричный сенсор (чувствительный элемент) ионизирующего излучения представляет собой p-i-n структуру, выполненную по планарной технологии. Сенсор содержит высокоомную подложку высокочистого БЗП кремния n-типа 1 проводимости, на лицевой (рабочей) стороне которой расположены p-области 2, 3, слой 4 (покрытие) из SiO2, алюминиевая металлизация 5, пассивирующий (защитный) слой 6. P-области 2, занимающие большую часть площади поверхности, образуют чувствительную область сенсора. При этом количество p-областей 2, образующих чувствительную область сенсора, выполнено равным 2n, где n=1÷8. По крайней мере, две p-области 3, выполненные в виде кольцеобразных элементов (охранных колец), расположены в нечувствительной области по периферии подложки вокруг сформированной p-областями 2 чувствительной области с обеспечением снижения величины поверхностного тока и плавного падения потенциала от чувствительной области к периферии прибора. В слое 4 SiO2 сформированы окна 7 для обеспечения контакта металла (алюминиевой металлизации) с p-областью; в пассивирующем слое над p-областью, расположенной в центральной части подложки, сформированы окна 8 для контактирования с p-n областями в процессе тестирования, и окна 9 для присоединения выводов. На подложке со стороны, противоположной лицевой поверхности, расположен слой n-области 10 и металла 11. Технический результат - расширение диапазона регистрируемых энергий, уменьшение габаритов и массы сенсора. 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: для преобразования воздействия ионизирующего излучения в электрический сигнал. Сущность изобретения заключается в том, что на полированной пластине, вырезанной из слитка сверхчистого кремния n-типа проводимости формируется сенсор, для чего последовательно производятся первая химическая отмывка пластины в растворе поверхностно активных веществ, содержащих комплексоны, формирование слоя окисла кремния термическим окислением в атмосфере сухого кислорода с добавлением хлорсодержащих компонентов, имплантация ионов примеси р-типа проводимости в рабочую сторону пластины и ионов примеси n-типа проводимости в нерабочую сторону пластины при температуре не менее 50°С с энергией имплантации не более 200 кэВ и с дозой имплантации не более 1000 мкКл/см2, повторная химическая отмывка пластины в растворе поверхностно активных веществ, содержащих комплексоны, формирование слоя окисла кремния термическим окислением в атмосфере сухого кислорода с добавлением хлорсодержащих компонентов, повторная имплантация ионов примеси р-типа проводимости в рабочую сторону пластин и ионов примеси n-типа проводимости в нерабочую сторону пластин при температуре не более 25°С с энергией имплантации не более 200 кэВ, нанесение слоя алюминия на обе стороны пластин, формирование омического контакта путем вжигания алюминия и осаждение пассивирующего покрытия на рабочую сторону пластин, а затем проведение двухстадийного постимлантационного отжига. Технический результат: обеспечение возможности производства более высоко чувствительного элемента детектора на базе планарной технологии. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков. Способ измерения высоких уровней мощности дозы гамма-излучения заключается в том, что измерения проводят с применением газоразрядного счетчика, питающегося от источника линейно изменяющегося высокого напряжения, при этом сформированные на счетчике импульсы при регистрации гамма-кванта поступают на пересчетную схему после амплитудной дискриминации, осуществляемой двухуровневой пороговой схемой.
Наверх