Погружной детектор альфа-частиц на основе алмазного чувствительного элемента с трехмерным массивом электродов
Владельцы патента RU 2639587:
Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") (RU)
Изобретение относится к области измерения альфа-радиоактивности в жидкой и газообразной средах. Погружной детектор альфа-частиц на основе алмазного чувствительного элемента в виде пластины, отличающийся тем, что контакты, создающие электрическое поле в объеме алмазного чувствительного элемента, выполнены в виде трехмерного массива заглубленных графитовых электродов, при этом трехмерный массив заглубленных графитовых электродов формируется в алмазной пластине со стороны грани, обращенной внутрь детектора, и алмазный чувствительный элемент в виде пластины запрессовывается в герметичный корпус детектора таким образом, чтобы противоположная электродам грань пластины была обращена к исследуемой среде. Технический результат – повышение чувствительности детектора, расширение диапазона регистрируемых частиц, упрощение конструкции. 2 ил.
Изобретение относится к области измерения удельной активности при наличии других радиоактивных веществ, например естественной радиоактивности в воздухе или жидкости, такой как сточные воды ядерных реакторов.
Известна конструкция детектора для измерения радиоактивности, в частности альфа-радиоактивности, в жидких средах, в которой для защиты от измеряемой среды чувствительный элемент покрыт первым электродом, изготовленным из химически стойкого к воздействию среды вещества и обладающего проводимостью, например легированного бором алмаза.
(RU 2573609, G01T 1/178, опубликован 20.01.2016)
Недостатком такой конструкции, особенно при измерении альфа-радиоактивности, является то, что первый электрод может поглощать значительную часть падающих из среды частиц, что ухудшает разрешение энергетического спектра частиц и снижает чувствительность детектора. Кроме того, в рассматриваемом детекторе один из электродов находится в непосредственном контакте с химически агрессивной средой, наличие которой может существенно усложнить конструкцию детектора и снизить его надежность.
Задачей и техническим результатом данного изобретения является увеличение чувствительности детектора, особенно к альфа-излучению, расширение диапазона регистрируемых детектором частиц и упрощение конструкции детектора.
Технический результат достигается тем, что чувствительным элементом является алмазная пластина, изготовленная из нелегированного алмаза типа IIа. Чувствительный элемент запрессовывается в корпус детектора таким образом, чтобы одна из его плоских граней была обращена к измеряемой среде, а другая находилась внутри детектора, как это показано на фиг. 1, где 1 - измеряемая среда, корпус детектора, 3 - чувствительный элемент.
Со стороны грани, обращенной внутрь детектора, в алмазной пластине формируется трехмерный массив заглубленных графитовых электродов, состоящий из двух частей, между которыми создается разность потенциалов. На фиг. 2 слева приведена схема такого массива, а справа - изображение массива на алмазной пластине на грани, обращенной внутрь корпуса детектора; синим и красным цветами выделены две части массива, между которыми создается разность потенциалов.
При подаче напряжения на части массива в пространстве между электродами возникает электрическое поле, которое будет осуществлять разделение электронно-дырочных пар, образующихся при облучении алмазной пластины ионизирующим излучением, в частности альфа частицами. Протекающие при этом через электроды токи регистрируются специальной электронной аппаратурой. Были проведены расчеты электрических полей, возникающих на грани, обращенной к измеряемой среде, при практически достижимых параметрах приложенного напряжения и алмазных пластин со сформированными на них массивами электродов, которые показали, что величины этих полей вполне достаточны для уверенного собирания зарядов с приповерхностной области чувствительного элемента.
Слой алмаза, отделяющий графитовые электроды от измеряемой среды, служит как чувствительным элементом, так и защитным слоем для этих электродов. Его малая толщина в сочетании с высоким электрическим качеством алмаза и большой величиной электрического поля на поверхности, обращенной к измеряемой среде, позволяет достичь практического полного собирания образующихся в нем под действием внешней радиоактивности электронно-дырочных пар.
Из представленного описания следует, что описанная конструкция чувствительного элемента обеспечивает существенное уменьшение энергетических потерь регистрируемых частиц в области низких энергий и значительно увеличивает чувствительность детектора.
Погружной детектор альфа-частиц на основе алмазного чувствительного элемента в виде пластины, отличающийся тем, что контакты, создающие электрическое поле в объеме алмазного чувствительного элемента, выполнены в виде трехмерного массива заглубленных графитовых электродов, при этом трехмерный массив заглубленных графитовых электродов формируется в алмазной пластине со стороны грани, обращенной внутрь детектора, и алмазный чувствительный элемент в виде пластины запрессовывается в герметичный корпус детектора таким образом, чтобы противоположная электродам грань пластины была обращена к исследуемой среде.
