CZ2017649A3

CZ2017649A3 - Způsob určování druhu ionizujícího záření a zapojení k provádění tohoto způsobu

Info

Publication number: CZ2017649A3
Application number: CZ2017-649A
Authority: CZ
Inventors: Pavel Krist; Martin KÁKONA; Václav Štěpán
Original assignee: Ăšstav jadernĂ© fyziky AV ÄŚR, v. v. i.
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2018-12-12
Also published as: WO2019072319A1; CZ307570B6

Abstract

Pro určování druhu ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody, zapojené v závěrném směru, se použije PIN dioda s nízkým nebo nulovým záporným předpětím o velikosti nula až jednotky voltů. Na jejím výstupu je náboj úměrný energii, kterou předává na ni dopadající ionizující záření. Tento náboj se následně zesiluje a převádí na napěťový impulz, jehož plocha odpovídá energii předané ionizujícím zářením diodě. Signál se vyhodnocuje pomocí tvarové diskriminace pro určení druhu ionizujícího záření. Odezva od kladného iontu má větší amplitudu než odezva od fotonu při stejné ploše impulzu, to jest při stejné předané energii. Polovodičová PIN dioda zapojená v závěrném směru je svým výstupem připojená k nábojovému zesilovači, který je přes filtr a A/D převodník připojen k počítači.

Description

Způsob určování druhu ionizujícího záření a zapojení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká detekce ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody.

Dosavadní stav techniky

V současné době se v mnoha detektorech ionizujícího záření používá polovodičová PIN dioda nebo identické struktury s intrinzickou vrstvou polovodiče s nízkou vodivostí stejně jako v PIN diodě. Většina detektorů používá PIN diodu zapojenou v závěrném směru s vysokým záporným předpětím o velikosti desítek až stovek voltů. Takovéto uspořádání neumožňuje rozlišit (nebo pouze velmi omezeně) druh dopadajícího ionizujícího záření ať už přímo nebo nepřímo ionizujícího. Na druhu ionizujícího záření jsou přitom závislé kvalitativní účinky záření. Například při použití PIN diody v dozimetru (ve stávajících zapojeních) musíme znát druh ionizujícího záření pro určení efektivní dávky.

Součástí stavu techniky jsou rovněž následující dokumenty US 20112102235 A, US 2013140466 A, WO 2007144624 A, WO 2004073326 A, US 5281822 A, US 4757202 A, US 4687622 A.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je rozlišení ionizujícího záření tvořeného kladnými ionty, například alfa částice nebo protony, od fotonů, například gama fotonů, a umožnit konstrukci přístrojů provádějících dozimetrii záření ve směsných polích obsahujících kladné ionty a fotony.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že pro určování druhu ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody, zapojené v závěrném směru, se použije PIN dioda s nízkým nebo nulovým záporným předpětím o velikosti nula až jednotky voltů, na jejímž výstupu je náboj úměrný energii, kterou předává na ni dopadající ionizující záření, tento náboj se následně zesiluje a převádí na napěťový impulz, jehož plocha odpovídá energii předané ionizujícím zářením diodě, přičemž signál se vyhodnocuje pomocí tvarové diskriminace pro určení druhu ionizujícího záření, kdy odezva od kladného iontu má větší amplitudu než odezva od fotonu při stejné ploše impulzu, to je stejné předané energii.

Rozlišení druhu částice se provádí určováním plochy impulzu jeho analogovou nebo digitální integrací a porovnáním amplitud impulzu při stejné ploše impulzu. Alternativně se rozlišení druhu částice provádí určováním plochy impulzu jeho analogovou nebo digitální integrací a porovnáním ploch impulzu při stejné amplitudě impulzu.

Předmětem vynálezu je dále zapojení k provádění výše uvedeného způsobu, kde polovodičová PIN dioda zapojená v závěrném směru je svým výstupem připojená k nábojovému zesilovači, který je přes filtr a A/D převodník připojen k počítači.

Vynález umožňuje rozlišení ionizujícího záření tvořeného kladnými ionty (například alfa částice nebo protony) od fotonů (například gama fotony) a konstrukci přístrojů provádějících dozimetrii ionizujícího záření ve směsných polích obsahujících kladné ionty a fotony. Umožňuje kvantitativně určit složení takovýchto polí za pomoci PIN diody jako detekčního prvku.

- 1 CZ 2017 - 649 A3

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je příklad blokového schéma zapojení systému pro určování druhu ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody, na obr. 2 příklad konkrétního provedení zapojení podle obr. 1.

Na obr. 3 je zobrazen výstup z A/D převodníku z obr. 1 a 2, příklad diskriminace signálu pro částice se stejnou amplitudou odezvy. Červená křivka je odezva od protonů, zelená křivka je odezva od fotonů. Zobrazeno je sedm protonů a tři fotony najednou přes sebe.

Na obr. 4 je zobrazen výstup z A/D převodníku z obr. 1 a 2, příklad diskriminace signálu. Červená křivka je odezva od protonů, zelená křivka je odezva od fotonů. Všechny částice mají stejnou předanou energii, je zde stejná plocha impulzu měřená mezi křivkou a vodorovnou osou. Zobrazeny jsou dva protony a pět fotonů najednou přes sebe.

Příklady uskutečnění vynálezu

Pro určování druhu ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody, zapojené v závěrném směru se použije PIN dioda s nízkým nebo nulovým záporným předpětím o velikosti nula až jednotky voltů, na jejímž výstupu je náboj úměrný energii, kterou předává na ni dopadající ionizující záření, tento náboj se následně zesiluje a převádí na napěťový impulz, jehož plocha odpovídá energii předané ionizujícím zářením diodě, přičemž signál se vyhodnocuje pomocí tvarové diskriminace pro určení druhu ionizujícího záření, kdy odezva od kladného iontu má větší amplitudu než odezva od fotonu při stejné ploše impulzu, to je stejné předané energii. Na obr. 1 je blokové schéma zapojení vynálezu, kde polovodičová PIN dioda zapojená v závěrném směruje svým výstupem připojená k nábojovému zesilovači, který je přes filtr a A/D převodník připojen k počítači. Na obr. 3 je příklad konkrétního zapojení podle obr. 2, kde PIN dioda je výstupem připojená ke vstupu operačního zesilovače, na který navazuje frekvenční filtr typu dolní propust. Výstup filtruje pak přes analogově digitální převodník připojen k počítači.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob určování druhu ionizujícího záření pomocí polovodičové PIN diody, zapojené v závěrném směru, vyznačující se tím, že se použije PIN dioda s nízkým nebo nulovým záporným předpětím o velikosti nula až jednotky voltů, na jejímž výstupu je náboj úměrný energii, kterou předává na ni dopadající ionizující záření, tento náboj se následně zesiluje a převádí na napěťový impulz, jehož plocha odpovídá energii předané ionizujícím zářením diodě, přičemž signál se vyhodnocuje pomocí tvarové diskriminace pro určení druhu ionizujícího záření, kdy odezva od kladného iontu má větší amplitudu než odezva od fotonu při stejné ploše impulzu, to je stejné předané energii.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozlišení druhu částice se provádí určováním plochy impulzu jeho analogovou nebo digitální integrací a porovnáním amplitud impulzu to jest při stejné ploše impulzu.
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozlišení druhu částice se provádí určováním plochy impulzu jeho analogovou nebo digitální integrací a porovnáním ploch impulzu při stejné amplitudě impulzu.

-2CZ 2017 - 649 A3
4. Zapojení k provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že polovodičová PIN dioda zapojená v závěrném směruje svým výstupem připojená k nábojovému zesilovači, který je přes filtr a A/D převodník připojen k počítači.