CN103744105A - 用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器 - Google Patents

Abstract

本发明属于瞬时电离辐射环境探测技术领域，公开了一种用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器。本发明的瞬时电离辐射环境探测器包括开关型晶体管、电阻；开关型晶体管集电极接电源端，开关型晶体管基极与发射极互连，开关型晶体管发射极与电阻连接，电阻与地连接。本发明的瞬时电离辐射环境探测器，体积小、工作电压低、高可靠、低成本，易于二次集成和安装，适合大量使用。

Description

用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器

技术领域

本发明涉及瞬时电离辐射环境探测技术领域，尤其涉及一种用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器。

背景技术

瞬时电离辐射多来自于核电站及其他核设施等环境，瞬时电离辐射可能会对人、生物与电子设备等造成不同程度的损伤。因此，为避免瞬时电离辐射对人、生物与电子设备等造成损伤，必须采取必要的防护措施，而防护措施实施的前提和关键是瞬时电离辐射探测预警技术。

瞬时电离辐射环境探测器，可有效探测瞬时电离辐射环境，给出预警信号，使受保护对象可以采取有效防护措施。目前用于瞬时电离辐射探测的探测器主要有PIN探测器，但PIN探测器体积大、工作电压高，不便于安装和使用；成本高，不适合需求量大的场所使用，再次。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于探测X射线、γ射线瞬时电离辐射的探测器，该探测器体积小、工作电压低、成本低。

为解决上述技术问题：本发明提出了一种用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器，包括开关型晶体管、电阻；晶体管集电极接电源端，晶体管基极与发射极互连，晶体管发射极与电阻连接，电阻与地连接。

进一步，所述开关型晶体管的结面积根据下述模型确定：

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A[W_m+L_n\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)+L_p\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_p}\right)],0\≤t\≤T$

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A\left\{L_n\right[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)]+L_p[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)\left]\right\},t>T$

i_sp=βi_pp

其中，i_pp为瞬时电离辐射与晶体管作用产生的光电流，

q为电子电荷，q=1.6×10^-19c，

g₀为电子与空穴产生率，g₀等于rad(Si)/s条件下产生4×10¹³对/cm³电子与空穴，

为设定的瞬时电离辐射剂量率，

t为设定瞬时电离辐射时间长度，

A为晶体管的结面积，

W_m为晶体管空间电荷区宽度，

L_n，L_p为晶体管空穴与电子扩散长度，

τ_n，τ_p为空穴与电子少子寿命，

T为瞬时电离辐射脉冲宽度，

β为晶体管交流放大系数，

i_sp为将瞬时电离辐射与晶体管产生的很弱的光电流放大后的电流。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明的瞬时电离辐射环境探测器通过晶体管基极与发射极互联，将在晶体管集电极与基极之间产生很弱的光电流放大，所以选用的晶体管可以体积小，相应的本发明的探测器体积小。

2、由于本发明的瞬时电离辐射环境探测器采用的晶体管是开关型晶体管，开关型晶体管工作电压低，相应的本发明的探测器工作电压低。工作电压低易于二次集成和安装。

3、由于本发明的瞬时电离辐射环境探测器电路简单，所以成本低，适用环境能力强。

附图说明

图1为本发明瞬时电离辐射环境探测器组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员可以根据上述发明内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。

本发明的用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器包括晶体管、电阻；晶体管集电极接电源端，晶体管基极与发射极互连，晶体管发射极与电阻连接，电阻与地连接。

将本发明的瞬时电离辐射环境探测器放置于电离辐射环境时，X、γ射线产生的电子进入晶体管的集电极和基极区域，瞬时电离辐射与晶体管相互作用，在晶体管集电极与基极之间产生很弱的光电流，光电流通过晶体管基极与发射极互联实现了弱的光电流的放大，放大后的光电流通过电阻将光电流转换为电压，将电压输出，则实现了对瞬时电离辐射的探测。

晶体管的设计参数包括晶体管的结面积A、晶体管空间电荷区宽度W_m、开关型晶体管空穴与电子扩散长度L_n与L_p.W_m、L_n与L_p三个参数根据开关型晶体管材料本身即可确定，结面积A的选择根据下述模型确定：

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A[W_m+L_n\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)+L_p\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_p}\right)],0\≤t\≤T$

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A\left\{L_n\right[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)]+L_p[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)\left]\right\},t>T$

i_sp=βi_pp

其中，i_pp为瞬时电离辐射与开关型晶体管作用产生的光电流，

q为电子电荷，q=1.6×10^-19c，

g₀为电子与空穴产生率，g₀等于rad(Si)/s条件下产生4×10¹³对/cm³电子与空穴，

为设定的瞬时电离辐射剂量率，

t为设定的瞬时电离辐射时间长度，

A为开关型晶体管的结面积，

W_m为开关型晶体管空间电荷区宽度，

L_n，L_p为开关型晶体管空穴与电子扩散长度，

τ_n，τ_p为空穴与电子少子寿命，

T为瞬时电离辐射脉冲宽度，

β为开关型晶体管交流放大系数。

其中i_pp、

t为根据探测环境预先设定值，i_pp的值不小于设定值，才能保证探测的可靠性与探测精度。

举例说明：

实施案例：利用本发明用于一种瞬时电离辐射设备辐射环境探测。

试验环境：瞬时电离辐射时，所产生的瞬时剂量率在10⁴-10⁶Gy(Si)/s之间。

试验过程：试验中，本发明的瞬时电离辐射探测器置于环境之中，探测器供电电压为+15V，当瞬时电离辐射环境产生时，由示波器测量和采集探测器的输出电压信号。

测试结果如下：

探测阈值：≤1×10⁶Gy(Si)/s，传统探测器≤1×10⁶Gy(Si)/s)；

动态范围：能在10⁶～1×10⁹Gy(Si)/s下正常工作；

响应速度快：≤30ns；

低工作电压：5～40V，传统探测器为1000V；

探测器体积：体积可作到不大于20×20×15mm³，传统的探测器体积为100×100×200mm³。

Claims (2)

1.一种用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器，其特征在于：包括开关型晶体管、电阻；晶体管集电极接电源端，晶体管基极与发射极互连，晶体管发射极与电阻连接，电阻地连接。

2.根据权利要求1所述的用于探测X射线与γ射线瞬时电离辐射环境探测器，其特征在于：所述开关型晶体管的结面积根据下述模型确定：

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A[W_m+L_n\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)+L_p\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_p}\right)],0\≤t\≤T$

$i_{\mathrm{pp}}={\mathrm{qg}}_0{\stackrel{\·}{D}}_{r}A\left\{L_n\right[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)]+L_p[\mathrm{erf}\left(\sqrt{t/{\mathrm{\τ}}_n}\right)-\mathrm{erf}\left(\sqrt{(t-T)/{\mathrm{\τ}}_p}\right)\left]\right\},t>T$

i_sp=βi_pp

其中，i_pp为瞬时电离辐射与开关型晶体管作用产生的光电流，

q为电子电荷，q=1.6×10^-19c，

g₀为电子与空穴产生率，g₀等于rad(Si)/s条件下产生4×10¹³对/cm³电子与空穴，

为设定的瞬时电离辐射剂量率，

t为设定的瞬时电离辐射时间长度，

A为开关型晶体管的结面积，

W_m为开关型晶体管空间电荷区宽度，

L_n，L_p为开关型晶体管空穴与电子扩散长度，

τ_n，τ_p为空穴与电子少子寿命，

T为瞬时电离辐射脉冲宽度，

β为开关型晶体管交流放大系数，

i_sp为将瞬时电离辐射与开关型晶体管产生的很弱的光电流放大后的电流。

Images