Датчик для рентгенорадиометрического анализатора с полупроводниковым детектором

 

, Союз Советских

Социалистических

Веслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.08.75 (21) 2162139/18 — 25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 05.10.79. Бюллетень №37 (ii 53 1 l0I (51) М. Кл

G 01 N 23/223

Государственный комитет

СССР но делам изооретеннй и открытий (53) УДК 621.386 (088.8) Дата опубликования описания 05.10.79

В. А. Мейер, А. Н. Жуковский, В. С, Пономарев, В. Г. Субобтин, Ю. П. Харитонов, В. Ф. Кушнирук, Л. И. Анатычук н А. П. Мельник

«4

Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. А.А. Жданова (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) ДАТЧИК ДЛЯ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО

АНАЛИЗАТОРА С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМ

ДЕТЕКТОРОМ

Изобретение относится к устройствам для спектрометрни рентгеновских гамма-лучей, а более точно — к датчикам бездисперсионных рентгенофлуоресцентных анализаторов на основе полупроводниковых детекторов (ППД) излучения, охлаждаемых с помощью термоэлект- 3 рических холодильников, Известны датчики, содержащие ППД, охлаждаемые термоэлектрическими холодильниками (11, (2).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик рентгенорадиометрического анализатора, содержащий полупроводниковый детектор и полевой транзистор головного каскада предусилителя, установленные на холодных спаях термоэлектрического холодиль-5 ника и помещенные в вакуумированную капсулу, имеющую входное бериллиевое окно и радиатор f31

Недостатками известного устройства являются большая потребляемая мощность (330-420 Вт) и, как следствие, значительные габариты (160 х х 165 х 232 мм). Это обусловлено тем, что холодильник выполнен в виде единого пятикаскадного блока, прн этом ППД установлен на пятом каскаде, а полевой транзистор — на четвертом, Целью изобретения является создание датчика с полупроводниковым детектором и термоэлектрическим охлаждением, который при достаточно высоком энергетическом разрешении имел бы небольшие габариты, вес и потребляемую мощность, что дало бы возможность использовать датчик в полевой аппаратуре, в частности, в скважинных приборах рентгенорадиометрического каротажа.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике для рентгенорадиометрического анализатора с полупроводниковым детектором, содержащем термоэлектрический холодильник с установленными на нем полупроводниковым детектором н полевым транзистором головного каскада усилителя и заключенном в вакуумированную капсулу, имеющую входное. бериллиевое окко и радиатор, термоэлектрический холодильник имеет для полупроводникового детектора и полевого транзистора отдельные разветвления с различныMH наборами термоэлементов. Разветвление, на котором установлен детектор, обеспечивает ре531401 жим максимального охлаждения, а разветвление, на котором размещен пОлевой транзистор,— режи .1 макси ь1ачь гой холодоп1юпзводитсльности.

Размещенный на одном из каскадов термоэлектрического холодильника адсорбент поддерживает в капсуле при работе датчика вакуум, необходимый для снижения теплопритоков на термоэлектрический холодильник, ППД и полевой транзистор.

Иа фиг.1 показан предложснный датчик, про. 10 дольный разрез; на фиг.2 — сечение А — А фиг.1, Датчик содержит вакуумированную капсулу с входным бериллиевым окном 2, внутри кото рой на радиаторе 3 установлен термоэлектрический холодильник, имеющий два самостоятельных разветвления 4, 5 и нижний каскад 6. На разветвлении 4 установлю полупроводниковый детектор 7, а на разветвлении 5 — полевой транзистор 8., Ha нижнем каскаде 6. термоэлектрического холодильника размещен адсорбент 9. Пи- 20

1 такие термоэлектрического холодильника и связь с внешними устройствами осуществляется через герметизированные электрические вводы 10. Откачка объема капсулы производится через штенгель 11.

Снаружи в корпусе капсулы 1 в коллиматорах 12, 13 установлены радиоизотопные источники 14, 15. Для дополнительной защиты от прямого излучения источников 14, 15 внутри капсулы 1 установлены. защитное кольцо 16 и пластина 17.

Капсула 1 помещается в корпус 18 скважинного снаряда и герметично закрывается бериллиевым -цилиндром 19. Герметизация осуществляется с помощью резиновых колец 20.

Датчик работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на термоэлектрический холодильник холодные спаи разветвлений 4, 5 и нижнего каскада 6, на которых

40 установлены соответствешго полупроводниковый детектор 7, полевой транзистор 8 и адсорбент 9, начинают охлаждаться.

Через 3 — 5 мин после включения напряжения питания датчик входит в режим, адсорбент 9

45 йачинает активно поглощать остаточные газы в предварительно вакуумированном объеме капсулы, дополнительно разрежая его и снижая, таким образом, теплопритоки от стенок капсуль на полупроводниковый детектор 7 и полевой

Я0 транзистор 8.

Тепло с горячих спаев термоэлектрического холодильника отводится через радиатор 3, корпус капсулы 1 и бериллиевый цилиндр 19 во внешнюю среду. В случае скважинного варианта средой является буровой раствор (вода), заполняющий скважину.

Кванты характеристического рентгеновского излучения, возникающие в исследуемой среде

21 под действием первичного излучения радиоизотопных источников 14, 15, через бериллиевый цилиндр 19 и бериллиевое окно 2 капсулы попадают в полупроводниковый детектор 7 и, поглощаясь в его рабочем объеме, образуют электронно-дырочные пары, заряд которых пропорционален энергии поглощенного кванта. Перемещаясь под действием электрического поля,,создаваемого в детекторе 7 внешним источником смещения (на чертеже не показан), образованный заряд индуцирует во внешней электрической цепи детектора 7 импульс, который усиливается полевым транзистором 8 и подается через один из электрических вводов 10 на усилитель 22 и далее к наземному регистрирующему устройству (на чертеже не показаны).

Датчик предложенной конструкции имеет меньшие габариты; диаметр до 40 мм и длина

80 мм, потребление мощности также снижено до 15 Вт.

Датчик можно использовать в условиях полевых работ, связанных с ядерно-геофизическими измерениями, и в частности, в скважинном приборе для рентгенорадиометрического каротажа.

Формула изобретения

Датчик для рентгенорадиометрического анализатора с полупроводниковым детектором, содержащий термоэлектрический холодильник, йа холодных спаях которого установлены детектор и полевой транзистор головного каскада предусилителя, и размещенный в вакуумированной капсуле, имеющей входное бериллиевое окно и радиатор, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью снижения потребляемой мощности и габаритов датчика, термоэлектрический холодильник имеет два разветвления с различными наборами термоэлементов, обеспечивающих на одном разветвлении режим максимального охлаждения, а на другом — режим максимальной холодопроизводи=тельносп, при этом детектор размещен на холодных спаях первого разветвления, а полевой транзистор — на холодных спаях второго разветвления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР Р 392474, кл.G 05 d 23/22, 1973.

2. Корзюк Т. Г. и др. В сб. "Прикладная ядерная спектроскопия", вып.1, Атомиздат, 1970, с.233.

3. Вайгачев А. А. и др. В сб. "Радиационная техника", вып. 11, М,, с. 306 — 309.