Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения


 


Владельцы патента RU 2640320:

Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") (RU)

Изобретение относится к области атомной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации импульсного ионизирующего излучения дополнительно содержит этапы, на которых в качестве чувствительного элемента применяют пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ), первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют. Технический результат – повышение достоверности измерений больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2, упрощение схемы измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области атомной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений, например для регистрации мощных потоков рентгеновского излучения в экспериментальных исследованиях. Предложено и применяются множество различных способов измерений параметров излучений [1], в большинстве случаев основанных на эффекте ионизации атомов под действием излучения. Исследования в области инерциального термоядерного синтеза поставили новые диагностические задачи [2], в частности разработки метода регистрации электромагнитного излучения плазмы, удовлетворяющего следующим основным требованиям:

1) рабочий диапазон измерений должен находиться в области энергий квантов (25-10000) эВ;

2) разрешение во времени не должно превышать 1 нс;

3) диапазон чувствительности должен находиться выше уровня мощности потока излучения I~1 МВт/см2.

Обычно для регистрации интенсивности импульсного рентгеновского излучения используются твердотельные полупроводниковые детекторы, чувствительность которых определяется затратой энергии ΔЕ, необходимой для образования пары носителей заряда. Детекторы, основанные на кремнии, требуют ΔЕ~3 эВ, основанные на алмазе - ΔЕ~13 эВ. Анализ показывает, что в исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу для регистрации излучения в рабочем диапазоне чувствительности требуется удаление детектора (даже алмазного) в вакууме на расстояние нескольких десятков метров от источника излучения, что достаточно дорого и не всегда выполнимо в реальных условиях. Применение фильтров, ослабляющих интенсивность падающего излучения, одновременно искажает его спектральный состав, что не позволяет идентифицировать процессы, протекающие в термоядерной мишени.

Известен способ регистрации импульсного ионизирующего излучения [3], когда чувствительный к ионизирующему излучению элемент выполнен в виде пластины из алмаза с первым контактом и вторым контактом из золота, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющих большую площадь, причем толщина каждого контакта (30 нм) делает его прозрачным для ионизирующего излучения. Детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению и прикладывают с помощью триаксиальной линии связи напряжение в диапазоне (50-400) В от внешнего источника питания ко второму контакту на алмазной пластине, а с первого контакта снимают сигналы, обусловленные ионизирующим излучением. Наружный экранирующий корпус алмазного детектора заземляют. При прохождении регистрируемого ионизирующего излучения через алмазную пластину в ней возникают импульсы тока, обусловленные ионизацией. Эти импульсы образуют во внешней цепи импульсы напряжения, которые регистрируются аппаратурой.

Недостатками данного способа в экспериментах по инерциальному термоядерному синтезу являются возникновение нелинейных эффектов при регистрации потоков мощного мягкого рентгеновского излучения I>0,5 МВт/см2, относительно большая стоимость и сложность технологии обработки чувствительного элемента (алмаза), а также необходимость в источнике питания детектора.

Техническим результатом данного изобретения является возможность достоверных измерений больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2 при упрощении схемы измерений и снижении ее стоимости.

Для достижения указанного технического результата в известном способе регистрации импульсного ионизирующего излучения, при котором в процессе измерения электрического сигнала, возникающего под действием излучения в твердом чувствительном к излучению элементе, который выполнен в виде диэлектрической пластины с первым и вторым контактами из металла, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющих площадь, причем толщина первого контакта делает его прозрачным для ионизирующего излучения, детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению, электрический сигнал транслируют с помощью помехозащищенного кабеля к регистрирующей аппаратуре, предложено в качестве чувствительного элемента применять пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ). Первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу. Один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют.

Предлагаемый способ регистрации импульсного ионизирующего излучения основан на новом физическом эффекте генерации ЭДС (электродвижущая сила) в контакте изолятор - металл под действием мегаваттного потока рентгеновского излучения [4], обнаруженном в ходе исследований на термоядерной установке Ангара-5-1. Источником излучения (полная пиковая мощность до 1013 Вт) служила плазма мегаамперного Z-пинча. Основными особенностями предлагаемого способа регистрации импульсного ионизирующего излучения являются:

- интенсивность потока излучения, падающего на детектор, может достигать 107 Вт/см2;

- отсутствие внешнего источника питания;

- в качестве чувствительного элемента используются диэлектрики с большой энергетической ценой образования свободных носителей заряда (ΔЕ), например аморфное стекло с ΔЕ~150 эВ.

На чертеже приведена принципиальная схема одного из возможных вариантов реализации способа.

Поток излучения (hν) попадает на сторону пластины с первым контактом 1. Контакт представляет собой тонкий слой металла, например алюминия толщиной 30 нм, нанесенный на стеклянную пластину 2. Потери энергии излучения при прохождении через первый контакт 1 не превышают 5%. Затем происходит поглощение ионизирующего излучения в прилегающем к первому контакту 1 тонком (~1 мкм) слое стекла пластины 2. Образовавшиеся при этом электроны благодаря высокому градиенту плотности за сравнительно короткое время (td<0,1 нс) покидают пограничную с заземленным первым контактом 1 область стеклянной пластины 2. В слое поглощения ионизирующего излучения формируется положительный заряд, а на противоположной стороне пластины 2 (где размещен контакт 3) возникает отклик отрицательного электрического напряжения. Импульс электрического напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу 5, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом 3 чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления 4, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой 5, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления 4 заземляют.

Основные преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

1. Линейная область чувствительности расположена в области значительно больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2.

2. Чувствительным элементом является дешевый диэлектрик (стекло), поддающийся достаточно простой обработке.

3. Отсутствует необходимость в источнике питания детектора.

Приведем один из конкретных примеров реализации способа.

Первый контакт 1 - Al-покрытие толщиной 30 нм; пластина 2 (чувствительный элемент) - стекло KU1 толщиной 0,5 мм; контакт 3 - Al-покрытие толщиной 50 нм; нагрузочное сопротивление 4-50 Ом; регистрирующая аппаратура 5 - осциллограф TDS 2024, полоса 200 МГц. При интенсивности I регистрируемого рентгеновского излучения ~2 МВт/см2 между металлизированными плоскостями диэлектрика (стекло KU1) возникает импульсная разность потенциалов ~10 В.

Источники использованной информации

1. Калашникова В.И., Козодаев М.С. Детекторы элементарных частиц. - М.: Наука. 1966.

2. Диагностика плотной плазмы / Под ред. Н.Г. Басова. - М: Наука. 1989.

3. Амосов В.Н., Емельянов А.И., Крисько Н.И., Родионов Н.Б. Алмазный детектор. Патент РФ №2522772 // Изобретения, полезные модели. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - 2014. - №20.

4. Зайцев В.И., Барыков И.А., Карташов А.В., Терентьев О.В., Родионов Н.Б. Радиационно-индуцированный гальванический эффект, наблюдаемый в интерфейсе металл-диэлектрик // Письма в ЖТФ. - 2016. - Т. 42. - Вып. 22. - С. 72-78.

Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения, включающий измерение электрического сигнала, возникающего под действием излучения в твердом чувствительном к излучению элементе, который выполнен в виде диэлектрической пластины с первым и вторым контактами из металла, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющих площадь, причем толщина первого контакта делает его прозрачным для ионизирующего излучения, детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению, электрический сигнал транслируют с помощью помехозащищенного кабеля к регистрирующей аппаратуре, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента применяют пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ), первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют.



 

Похожие патенты:
Группа изобретений относится к керамическим фосвич-детекторам со сплавленными оптическими элементами. Сцинтиллятор содержит большое количество композиций граната в едином блоке, имеющих структурную формулу (1): M1aM2bM3cM4dO12, в которой O представляет собой кислород, М1, М2, М3 и М4 представляет собой первый, второй, третий и четвертый металл, которые отличаются друг от друга, причем сумма a+b+c+d составляет около 8, где «а» имеет значение от 2 до 3,5, «b» - от 0 до 5, «c» - от 0 до 5, «d» - от 0 до 1, где «b» и «c», «b» и «d» или «c» и «d» не могут быть оба равны нулю одновременно, в которой М1 представляет собой редкоземельный элемент, включая гадолиний, иттрий, лютеций или их комбинацию, М2 представляет собой алюминий или бор, М3 представляет собой галлий, а M4 представляет собой ко-допант; где две композиции, имеющие одинаковые структурные формулы, не расположены рядом друг с другом и где единый блок лишен оптических поверхностей раздела между различными композициями.

Изобретение относится к области радиационной безопасности. Дозиметр поисковый содержит блок операционный, состоящий из детекторов гамма- и нейтронного излучений и блока обработки информации, блок индикации, состоящий из блока световой и звуковой сигнализации и дисплея, выносной блок вибрационной сигнализации, причем блок вибрационной сигнализации может стыковаться с блоком индикации с помощью контактного разъемного соединения, при этом блоки операционный и индикации представляют собой индивидуальные ударопрочные корпуса, которые при работе дозиметра без удлинительной штанги стыкуются между собой с помощью дополнительного контактного разъемного соединения, а при работе дозиметра с удлинительной телескопической штангой с проводной линией связи внутри, блок операционный стыкуется с ней в верхней ее части с помощью контактного разъемного соединения, а блок индикации с помощью контактного разъемного соединения стыкуется с ней в нижней ее части возле ручки, образуя при этом проводную электрическую связь между выходом блока обработки информации и входом блока индикации.

Изобретение относится к области урановой промышленности. Способ измерения обогащения в образце урана или его соединениях заключается в измерении скорости генерации в образце гамма-квантов, при этом измеряется скорость мгновенных гамма-квантов с энергией Еγ>4 МэВ, рождающихся только при спонтанном делении ядер урана-235 и 238.

Изобретение относится к термоэкзоэлектронной (ТЭЭ) дозиметрии электронного излучения и может быть пригодно для высокодозной дозиметрии электронного излучения высоких энергий (до 10 МэВ).

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки, а именно к способам поиска и обнаружения источников ионизирующего излучения (ИИИ), и предназначается для поиска точечных источников гамма-излучения.

Изобретение относится к приборам для дозиметрии и измерения спектров заряженных частиц. Спектрометр заряженных частиц содержит полупроводниковые детекторы, образующие телескоп, с которыми последовательно соединены спектрометрические усилители и аналого-цифровые преобразователи, причем сцинтилляционный детектор снабжен усилителем, при этом для измерения потока и частиц с двух противоположных направлений установлено четное количество полупроводниковых детекторов, при этом крайние детекторы выполнены с толщиной, меньшей толщины средних детекторов, выходы детекторов соединены с входами спектрометрических усилителей, а выходы усилителей – с входами аналого-цифровых преобразователей, выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с входами программируемой логической матрицы.

Изобретение относится к медицинским инструментам, и более конкретно к системам и способам графического планирования и помощи в медицинских процедурах с использованием графического интерфейса инструмента.

Изобретение относится к области измерения параметров ионизирующего излучения. Способ оценки достоверности результатов измерения носимым измерителем мощности дозы на радиоактивно загрязненной местности в период формирования следа радиоактивного облака заключается в том, что определяют факт радиоактивного загрязнения поверхности блока детектирования измерителя мощности дозы при ведении радиационной разведки пешим порядком, при этом для выявления факта радиоактивного загрязнения блока детектирования проводят два измерения мощности дозы на высотах 0,1 и 3 метра над радиоактивно загрязненной местностью и сравнивают отношение полученных показаний с контрольным числом, равным 1,7, которое соответствует случаю, когда детекторный блок не загрязнен радиоактивными веществами; в случае наличия загрязненности блока детектирования радиоактивными веществами полученное отношение будет меньше контрольного значения.

Изобретение относится к охранной технике. Техническим результатом является обеспечение визуализации изображения по заданным координатам и времени.

Изобретение относится к области ускорительной техники, а именно к способам диагностики проводки импульсных сильноточных релятивистских пучков электронов (ИСРПЭ) в мощных линейных ускорителях.
Наверх