KR20180030594A - 핵 입자가 조사된 검출기 - Google Patents

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상뜨르 나쇼날 드 라 러쉐르쉬 샹띠피끄
위니베르시떼 덱스-마르세이유
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Abstract

본 발명은 핵 입자가 조사되는 방사선 검출기(1)에 관한 것으로, 상기 검출기는 애노드라고 부르는 제1부분(11), 및 캐소드라고 부르는 제2부분(12)을 포함하는 전기적 연결 수단; 상기 전기적 연결 수단의 적어도 한 부분이 내부에 위치되는 금속 하우징(2); 제1전기 회로를 포함하고, 상기 금속 하우징 내에 캡슐화되는 반도체 센서(3); 및 상기 반도체 센서를 상기 금속 하우징에 부착하는 부착 수단(4)을 포함하며, 상기 부착 수단은 전기 전도성 재료를 포함하고, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제1부분(41)은 상기 전기적 연결 수단의 애노드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크되며, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제2부분(42)은 상기 전기적 연결 수단의 캐소드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크된다.

Description

핵 입자가 조사된 검출기
본 발명은, 바람직하게는 특정 환경, 즉 고온의 가혹한 조건(압력, 부식성 환경)에 노출된 조사 하에서 입자를 검출하기 위한, 핵 입자가 조사된 검출기에 관한 것이다. 그와 같은 검출기는 하나의 질적인 입자의 선택 뿐만 아니라 양적인 에너지 축적 측정, 즉 방사선량 측정의 두 가지 타입의 잠재적 적용을 갖는다.
현재, 핵 입자가 조사된 검출기의 대다수는 신틸레이터(scintillator) 또는 이온화 챔버의 형태이다. 그것들은 탄화 규소와 같은 반도체 기반의 센서로 구성되지 않는다. 실험실 규모의 센서에는 전기 신호를 수집하는 그러한 센서를 캡슐화하기 위해 금속 재료를 필요로 하는 보호 하우징이 장착되어 있다. 따라서, 전기 신호는, 패러데이 케이지의 역할 뿐만 아니라 센서가 사용되는 환경(침수되거나, 압력이 가해진 상태 등)에 대한 센서의 누설 밀봉 보호 기능도 하는 금속 하우징 덕분에 모든 교란을 벗어난다. 또한, 규소(반도체 센서용 베이스 재료)와는 달리, 탄화 규소 기반의 센서는 가혹한 환경, 예컨대 고온(평균 200℃ 이상)에서 또는 높은 부식의 위험을 야기하는 환경에서 작동할 수 있다는 장점이 있다.
반도체 센서는 전기 신호를 센서의 전기 회로에서 검출기 외부로 전송할 수 있게 하는 전기적 컨택트(electrical contact)를 포함해야 한다. 현재, 그러한 전기적 컨택트는 용접 수단에 의해서만 형성된다. 매우 높은 온도, 즉 200℃ 이상의 환경에서 동작하는 경우, 용접에 의해 형성된 그러한 전기적 컨택트는 그와 같은 매우 높은 온도에 노출되는 아주 짧은 시간 경과 동안 견딜 수 없거나 견딜 수 있다. 더욱이, 습기가 그와 같은 온도에 더해질 때(예컨대, 오일 웰 드릴링(oil well drilling) 중에), 상기 전기적 컨택트는 부식의 부정적인 영향을 받는다.
본 발명은 상기 기술된 종래 기술의 단점의 전부 또는 일부를 극복하고, 특히 고온, 즉 일반적으로 500℃ 이상 또는 심지어 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 핵 입자가 조사된 검출기를 제안하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 형태는 핵 입자가 조사되는 검출기에 관한 것으로, 상기 검출기는:
애노드(anode)라고 부르는 제1부분, 및 캐소드(cathode)라고 부르는 제2부분을 포함하는 전기적 연결 수단;
상기 전기적 연결 수단의 적어도 한 부분이 내부에 위치되는 금속 하우징;
제1전기 회로를 포함하고, 상기 금속 하우징 내에 캡슐화되는 반도체 센서; 및
상기 반도체 센서를 상기 금속 하우징에 부착하는 수단을 포함하며,
상기 부착 수단은 전기 전도성 재료를 포함하고, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제1부분은 상기 전기적 연결 수단의 애노드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크되며, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제2부분은 상기 전기적 연결 수단의 캐소드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크된다.
상기 반도체 센서의 전기 회로는 금속 하우징의 애노드 및 캐소드를 포함하는 전기적 연결 수단에 연결됨으로써, 상기 전기적 연결 수단을 통해 금속 하우징의 외부로 상기 반도체 센서(이하, 간단히 '센서'라고도 칭함)의 전기적 정보를 전송할 수 있게 한다. 따라서, 예컨대 상기 전기적 정보는 증폭 회로, 전류-전압 변환기, 디지털/아날로그 리더, 또는 소정의 다른 신호 처리 수단으로 전송될 수 있다. 또한, 핵 입자에 노출될 경우에 변화하는 것은 반도체의 전기적 특성이며, 이러한 변화는 반도체에 의해 수집된 입자의 기능에 따라 센서의 전기 회로의 전기적 정보의 변화를 야기한다. 또한, 그러한 센서는 파워 발생기(전압, 전류)의 역할을 한다. 입자들을 수집할 때, 상기 입자들은 전류 형태의 전기 신호를 야기하는 전하 캐리어의 생성을 야기한다. 고온의 환경에서 핵 입자의 존재를 검출하는 동안 탄화 규소 또는 다이아몬드 또는 질화 갈륨과 같은 반도체 기반 센서를 사용하는 것이 특히 적합하다. 더욱이, 소형화 뿐만 아니라 검출 속도의 향상을 가능하게 한다. 그와 같은 타입의 반도체 센서는 FR14/63019 또는 대신에 국제 특허출원 WO 2013/002697에 기술되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 검출기는 센서에 분리 가능하게 링크된 제1 및 제2부분을 포함하는 부착 수단의 존재로 인해 높은 온도(200℃ 이상) 또는 심지어 매우 높은 온도(400℃ 이상)를 견딜 수 있다. 용접에 의한 링크의 형성은 제거가능한 링크가 아니며, 2개의 요소를 제거가능하게 부착하는 것을 불가능하게 한다는 것은 명백하다. 더욱이, 용접에 의한 부착/링크는 고온을 견디지 못한다. 또한, 용접의 평균 최소 용융 온도는 현재 100℃ 정도이다. 그러한 용접의 용융 온도는 반도체 상의 제1금속 접촉층과 금속간 매우 국부적인 납땜 동안의 금속의 용융 온도의 함수이다. 그러나, 이러한 온도는 검출기의 사용 온도보다 훨씬 높아, 이는 센서의 명백한 열화를 야기한다. 또한, 기술적인 관점에서 볼 때, 이러한 매우 정확하고 매우 국부적인 용접은 실제 기술적인 장애물이다. 따라서, 본 발명에 따른 검출기는 고온에서의 사용에도 견딜 수 있지만, 높은 습도 수준에서도 견딜 수 있다. 실제로, 검출기의 상이한 전기 요소들, 즉 애노드, 캐소드, 센서의 전기 회로는 기계적인 방식으로 전기 전도성 재료에 의해 제거가능한 링크에 의해 서로 연결된다. 부착 수단은 하우징 내에서 센서의 유지 및 전기적 연결을 가능하게 한다.
금속 하우징은, 바람직하게 금속 재료 Z30C60 또는 티타늄 또는 극한의 온도, 즉 500℃ 이상을 견딜 수 있는 소정의 금속 합금을 포함한다. 그러한 금속 하우징의 기능은 전기 신호를 수집하는 센서를 캡슐화하는 것이다. 상기 금속 하우징에 의한 센서의 캡슐화로 인해, 금속 하우징이 패러데이 케이지의 역할을 하기 때문에, 전기 신호는 전기 또는 전자기의 교란이 없다. 더욱이, 그러한 캡슐화는 금속 하우징 외부의 환경 침입으로부터 센서를 보호할 수 있다.
금속 하우징의 형상이 비좁은 매체를 효과적으로 꼭 끌어 않을 수 있다면, 그 하우징은 임의의 형상일 수 있다. 예컨대, 3센티미터 미만의 측면 입방형 하우징은 지질 탐사 또는 응용 지구 물리학을 위해 제작될 수 있다. 상기 금속 하우징은 사용하고자 하는 상황에 따라 적용가능하다. 따라서, 원자로 코어의 경우, 원통형일 수 있다. 최대 내충격성을 갖기 위해 구형일 수 있다. 구형 또는 원통형은 검출기의 누설 방지에 특히 적합하다. 실제로, 원통형 또는 구형 하우징의 나사 결합(screwing)은 입방형 하우징의 나사 결합보다 더 누설을 방지한다. 실제로, 원형 링은 사각형 링보다 더 누설을 방지한다. 따라서, 금속 하우징은 바람직하게 2개의 부분을 포함하며, 제1부분은 제2부분의 적어도 일부분을 둘러싸며, 상기 2개의 부분은 나사 결합 링 타입 요소에 의해 서로 부착된다.
이전 단락에서 언급된 주요 특성들과는 별도로, 본 발명에 따른 검출기는 개별적으로 또는 이들의 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 고려되는 이하의 하나 이상의 추가 특성을 가질 수 있다.
장점적으로, 상기 부착 수단의 제1부분은 상기 전기적 연결 수단의 애노드에 제거가능하게 링크되고, 상기 부착 수단의 제2부분은 상기 전기적 연결 수단의 캐소드에 제거가능하게 링크된다. 용접에 의한 링크의 형성은 제거가능한 링크가 아니며, 2개의 요소를 제거가능하게 부착하는 것을 불가능하게 한다는 것은 명백하다.
장점적으로, 부착 수단의 제2부분은 캐소드에 연결된 제1금속 지지부를 포함하고, 반도체 센서의 제1표면은 상기 제1금속 지지부의 제1표면과 접촉하도록 구성되며, 상기 부착 수단의 제1부분은: 상기 반도체 센서가 제1금속 지지부와 이동가능한 요소 사이의 위치에 유지되도록 상기 반도체 센서의 제2표면 상에 기계적 압력을 가하는 제1위치와; 상기 반도체 센서 상에 기계적 압력을 가하지 않는 제2위치간 이동가능한 요소를 포함한다.
따라서, 제거가능하게 하는 것 외에, 부착 수단의 제2부분과 반도체 센서간 링크는 이동가능하다. 제2위치에서, 회로는 상기 반도체 센서와 애노드간 개방되며, 이에 따라 전류가 흐를 수 없어 상기 반도체 센서의 전기적 정보는 애노드로, 그리고 잠재적으로 금속 하우징의 외부로 전송될 수 없다. 제1위치에서, 상기 회로는 폐쇄된다. 접촉 및/또는 제거가능하게 링크된 모든 요소는 전기 전도체이므로, 그를 통한 전류의 전이를 보장할 수 있다. 더욱이, 상기 제1위치는 캡슐화 금속 하우징을 유지하면서 반도체의 수명의 말기에 센서의 제조 또는 변경 중에 센서를 그 구획 내로 삽입할 수 있게 하는 이점을 갖는다.
장점적으로, 제1금속 지지부의 제1표면은 제1번들(bundle)의 짧은 금속 스파이크들을 포함하고, 이동가능한 요소는 제1부분을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 이동가능한 요소의 제1위치에서 상기 반도체 센서의 제2표면과 접촉하도록 구성되며, 상기 제1부분은 제2번들의 짧은 금속 스파이크들을 포함한다. 제1 및 제2번들의 짧은 금속 스파이크들은 침대 못의 스파이크와 유사할 수 있다. 이들의 기능은 전기적 전도를 변경할 수 있는 각기 다른 요소들의 접촉면들간 부적절한 거칠기를 제한하는 것이다. 그러한 금속 스파이크들은, 바람직하게 금속 조각 도구의 효율에 따라 수백 마이크론(micron) 또는 심지어 수십 마이크론 이하로 이격된다. 상기 금속 스파이크들은 병렬로 저항처럼 동작하는 다수의 압력 접촉을 얻을 수 있게 하여 전도성을 향상시킨다.
장점적으로, 제1금속 지지부는 유연하여, 제1위치에서 제2위치로 이동가능한 요소의 통과 동안 기계적인 응력을 감소시킬 수 있다.
장점적으로, 상기 검출기는 세라믹 요소를 포함하며, 상기 세라믹 요소는 애노드가 캐소드로부터 전기적으로 절연되도록 금속 하우징에 배열된다. 상기 세라믹 요소는 애노드와 캐소드간 전기 절연을 가능하게 하며, 심지어 매우 높은 온도에서도 그러하다.
특히 장점의 형태로, 세라믹 요소는 제1금속 지지부를 둘러싸도록 반도체 센서에 배열되는 세라믹 링이다. 제1금속 지지부가 세라믹 링에 의해 둘러싸여 있다는 사실은, 요소들의 양호한 전기적 절연을 보장하면서, 상기 제1금속 지지부 및 그에 연결된 센서의 양호한 기계적 안정성 뿐만 아니라 잠재적인 충격에 대한 견고성을 보장할 수 있게 한다.
특히 장점의 형태로, 금속 하우징을 구성하는 금속 재료는 핵 입자의 필터의 역할을 하도록 선택된다. 따라서, 예컨대 상당한 크기의 납 재킷이 X선을 흡수할 수 있고, 카드뮴 재킷이 열 중성자 등을 멈추게 할 수 있다.
특히 장점의 형태로, 검출기의 금속 하우징은 제1가스를 포함한다. 따라서, 그러한 제1가스는 필터 또는 감속재의 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 금속 하우징 외부로부터 오는 입자들의 변형에 참여할 수 있다. 예컨대, 수소나 메탄은 빠른 중성자를 느리게 만든다.
특히 장점의 형태로, 금속 하우징은 이 금속 하우징 내부에 가스를 공급하기 위한 제1플러그(plug) 및 가스를 정화하기 위한 제2플러그를 포함한다. 제1플러그는 금속 하우징 내부에 가스를 도입할 수 있게 한다. 제2플러그는 가스의 금속 하우징 내부를 비울 수 있게 한다. 이 모든 것은 금속 하우징을 정화하는 시스템에 해당한다.
특히 장점의 형태로, 금속 하우징은:
- 금속 하우징 내부에 하우징되고 검출기의 애노드에 연결된 제1단부 및 제1수형 소켓(male socket)의 또 다른 추가 검출기의 암형 소켓(female socket)과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 적어도 하나의 제1수형 소켓을 구비한 제1면; 및
- 금속 하우징 내부에 하우징되고 검출기의 제1면의 제1수형 소켓에 연결된 제1단부 및 제1암형 소켓의 또 다른 추가 검출기의 수형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 적어도 하나의 제1암형 소켓을 구비한 제2면을 포함한다.
상기 제1수형 소켓 및 제1암형 소켓의 존재는 몇몇 검출기들을 함께 전기적으로 상호연결할 수 있게 하여, 검출기들간 전기적 정보를 전송하게 한다. 따라서, 화물 열차와 같이 여러 개의 검출기들을 함께 연결할 수 있다. 따라서, 특히 다른 검출기들의 다른 센서들에 의해 검출될 수 있는 다른 타입의 입자들과는 다른 타입의 입자들을 필터링하는 기능은 검출기와 연관될 수 있다. 이러한 필터링 기능은, 예컨대 금속 하우징 내부의 가스의 기능에 따라, 또는 대신에 상기 하우징을 구성하는 금속의 타입, 또는 형성된 반도체 센서의 타입에 따라 이루어진다. 이들 검출기의 어셈블리는 이러한 형태의 픽셀에서 입자들을 판독하기 위한 완전한 시스템을 얻을 수 있게 한다.
특히 장점의 형태로, 금속 하우징의 제1면은 또 다른 검출기의 면의 제2나사산과 협력할 수 있는 제1나사 피치(screw pitch)를 포함하며; 금속 하우징의 제2면은 또 다른 검출기의 제2나사 피치와 협력할 수 있는 제1나사산을 포함한다. 이것은 하우징의 수형 및 암형 소켓이 회전 이동을 자유롭게 보장하여, 하우징을 통해 검출기들을 서로 나사 결합되게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 조사된 핵 입자의 검출을 위한 어셈블리에 관한 것으로, 상기 어셈블리는 앞서 기술된 실시예들 중 하나에 따른 제1검출기 및 앞서 기술된 실시예들 중 하나에 따른 제2검출기를 포함하고, 상기 제1검출기는 수형 소켓을 포함하는 제1면을 포함하고, 상기 수형 소켓은 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제1검출기의 애노드에 연결된 제1단부 및 상기 수형 소켓의 제2의 추가 검출기의 제1암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하며, 상기 제2검출기는: 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 제1면의 수형 소켓에 연결된 제1단부 및 제1검출기의 수형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 제2검출기의 암형 소켓을 구비한 제2면; 및 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 제2면의 암형 소켓에 연결된 제1단부 및 수형 소켓의 제2의 추가 검출기의 제1암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 수형 소켓, 및 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 애노드에 연결된 제1단부 및 제2검출기의 제2수형 소켓의 제3의 추가 검출기의 암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 제2수형 소켓을 구비한 제1면을 포함한다.
특히 장점의 형태로, 제1검출기의 금속 하우징은 제1가스를 포함하고, 제2검출기의 금속 하우징은 제2가스를 포함한다.
또한, 본 발명은 주사된 핵 입자의 검출을 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 앞서 기술된 실시예들 중 하나에 따른 검출기, 상기 검출기를 둘러싸는 세라믹을 포함하는 제1재킷, 및 상기 제1재킷을 둘러싸는 세라믹을 포함하는 제2재킷을 포함하며, 상기 제1재킷과 제2재킷 사이에는 스페이스(space)가 존재하고, 상기 스페이스는 제1금속을 포함하는 층을 포함한다. 세라믹을 포함하는 제1재킷 및 제2재킷은 제1금속뿐만 아니라 검출기를 고온 또는 심지어 매우 높은 온도로부터 보호하기 위해 열 절연의 역할을 한다.
특히 장점의 형태로, 상기 제1금속은 카드뮴이다. 카드뮴은 변환기의 역할을 하며 감마 입자를 금속 하우징 내부로 통과시키기 위해 열 중성자의 영향에서 벗어날 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 기술된 종래 기술의 단점의 전부 또는 일부를 극복하고, 특히 고온, 즉 일반적으로 500℃ 이상 또는 심지어 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 핵 입자가 조사된 검출기를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 검출기의 길이에 걸친 개략 단면도이고;
도 2는 도 1의 검출기의 폭에 따른 개략 단면도이고;
도 3의 (A)는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출 시스템의 개략도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에서 원형 영역의 확대도이며;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출기의 하우징의 개략도이고;
도 5a 내지 5c는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 다른 검출기들의 개략도이고;
도 6은 서로 상호연결될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 검출기의 개략도이고;
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출기의 하우징의 제1면의 전면도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 검출기의 하우징의 제2면의 전면도이고;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1검출기의 제1면과 제2검출기의 제2면간 상호연결 영역의 단면도이고;
도 9a는 조사된 핵 입자의 검출을 위한 어셈블리의 개략도이고, 상기 어셈블리는 다수의 검출기를 포함하며;
도 9b는 도 9a의 어셈블리의 다수의 검출기의 검출기들간 전기적 연결의 개략도이다.
명확성을 위해, 동일하거나 유사한 요소들은 모든 도면에서 동일한 참조부호로 표시했다.
검출기의 도 1(길이방향 단면도) 및 2(폭방향 단면도)는 애노드라고 부르는 제1부분(11) 및 캐소드라고 부르는 제2부분(12)을 포함하는 전기적 연결 수단을 강조하고 있으며, 각 검출기의 금속 하우징은 도 1 및 2에서 잘 보이지 않는다(부분 12). 주로 이들 하우징의 내부만이 보인다.
도 1 및 2의 검출기는 마찬가지로 제1전기 회로를 포함하고 금속 하우징 내에 캡슐화된 반도체 센서(3)를 포함한다. 또한, 도 1 및 2의 검출기에는 예컨대 전기 전도성 재료, 동, 알루미늄을 포함하는 부착 수단(4)이 나타나 있다. 그러한 부착 수단의 제1부분(41)은 전기적 연결 수단의 애노드(11)에 연결되고, 상기 반도체 센서(3)에 제거가능하게 링크된다. 상기 부착 수단의 제2부분(42)은 전기적 연결 수단의 캐소드(12)에 연결되고, 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크된다. 상기 부착 수단의 제2부분은 나사(422)들에 의해 캐소드(12)에 연결되고 반도체 센서의 제1표면(31)과 제거가능하게 접촉하는, 예컨대 동으로 이루어진 제1금속 지지부(421)를 포함한다.
도 1의 예에서, 도 2에서와 같이, 나사들은 금속으로 이루어진다. 세라믹으로 구성된 전체를 절연하는 부분(5)이 존재한다. 도 1 및 2의 예에서, 나사들은 전기 전도성 재료로 이루어지며, 제1금속 지지부와 캐소드(12)간 전기적 연결을 직접 형성한다.
상기 부착 수단의 제1부분은 아래의 제1위치와 제2위치간 이동할 수 있는 요소(411; 이하 '이동가능한 요소'라고도 칭함)를 포함한다:
- 상기 반도체 센서가 제1금속 지지부와 이동가능한 요소 사이의 위치에 유지되도록 상기 반도체 센서의 제2표면(32) 상에 기계적 압력을 가하는 제1위치(도 1에서 볼 수 있음). 도 2에서 반도체 센서가 마치 이동가능한 요소와 제1금속 지지부 사이에 샌드위치되는 것처럼 보일 수 있다.
- 상기 반도체 센서 상에 기계적 압력을 가하지 않는 제2위치(볼 수 없음). F형 요소가 사전-압박된 형상 덕에 기계적 압력을 가하기 때문에 도 1의 나사 타입이면서 F형인 이동가능한 요소(411)가 도 1의 위치에 있다고 생각할 수 있다. 정확하게 압력을 가하는 F형이므로, 센서에 압력이 가해지지 않은 위치는 나사가 그러한 F형을 트랩(trap)하여 상기 부분을 나사 결합함으로써 달성된다.
도 1 및 2에서, 제1금속 지지부의 제1표면(4211)은 제1번들의 짧은 금속 스파이크(61)들을 포함하고, 이동가능한 요소는 이러한 이동가능한 요소의 제1위치에서 센서의 제2표면(32)과 접촉(도 1의 제1위치에서 볼 수 있는 접촉)하도록 구성된 제1부분(413)을 포함하고 있는 것을 볼 수 있다. 이러한 제1부분(413)은 제2번들의 금속 스파이크(62)들을 포함한다. 상기 제1 및 제2번들은, 잠재적인 표면 불균형 없이, 상기 이동가능한 요소의 제1위치의 샌드위치 위치에 유지되는 요소들과 센서간, 전기적 전도 특성으로 인한 전기적 및 기계적 접촉을 보장할 수 있게 한다.
도 1 및 2에서는 세라믹 요소(5)를 볼 수 있다. 그러한 세라믹 요소(5)는 상기 전기적 연결 수단의 애노드 부분(11)과 캡슐화 하우징의 캐소드 부분(12)간 전기 절연체의 역할을 한다. 도 1 및 2에서 상기 세라믹 요소(5)는 센서 및 제1금속 지지부를 둘러싸는 링형을 갖는 것을 볼 수 있다.
도 1에 나타낸 이동가능한 요소는 나사 및 F형 요소를 포함한다. 상기 F형 요소는 센서에 안착하도록 이동할 수 있고, 상기 나사는 상기 센서의 교체를 보장하기 위해 F형 요소를 픽업(pick up)하도록 병진 이동할 수 있다. 시스템(411)의 나사는 F형 요소에 안착하여 센서 상에 놓이지 않는다는 것을 강조하는 것이 필수적이다. 이동가능한 요소(411)와 제1금속 지지부(421)와 같은 금속 컨택트들를 통한 애노드-캐소드 접촉은 확실하게 기계적 안정성을 보장해야 하지만, 탄화 규소 센서를 손상시키지 않도록 모든 지나친 기계적인 응력을 피하기 위해 그러한 컨택트들의 특정 유연성 또한 보장해야 한다. 이것이 제1금속 지지부(421)와 같은 금속판의 형상 뿐만 아니라 F 형상을 제안한 이유이기도 하다.
도 3의 (A) 및 (B)는 검출기(1), 검출기를 둘러싸는 제1재킷(101), 제1재킷(101)을 둘러싸는 제2재킷(102)을 포함하는 시스템(10)을 갖춘 하우징(외관)을 나타내며(후자는 도 3의 (A)에 보이지 않음). 상기 제2재킷(102)은 스페이스(103)가 상기 제1재킷(101)과 제2재킷(102)간 존재하도록 상기 제1재킷(101)을 둘러싼다. 상기 스페이스(103)는 제1금속, 예컨대 고온에 유연성이 있는 카드뮴을 포함하는 층(104)을 포함한다. 제1재킷 및 제2재킷은 그러한 금속 층이, 예컨대 고온에서 용융되지 않도록 열 절연 역할을 보장하기 위해 세라믹을 포함한다. 이러한 카드뮴 층은 입자 필터로 제공된다.
도 4는 금속 하우징(2)의 예시의 실시예를 나타낸다. 금속 하우징(2)은 제1부분(211)을 포함하며, 상기 제1부분(211)은 제1축(X1)을 따라 병진 이동함으로써 서랍과 같이 금속 하우징의 제2부분(212) 내부로 삽입될 수 있다. 상기 제1부분은, 금속 하우징의 제1부분(211)이 금속 하우징의 제2부분(212) 내부에 삽입될 때, 센서가 금속 하우징(2) 내에 캡슐화되도록, 센서 및 그 부착물을 수용하기 위한 제1베이스(2111)를 포함한다.
도 5a 내지 5c는 상이한 형태의 검출기(1)를 나타낸다.
도 5a의 금속 하우징(2)은 구형을 갖는다. 이러한 구형의 예에서, 금속 하우징(2)은 이 금속 하우징(2)의 제1부분(211)의 제1베이스(2111) 상에 위치된 반도체 센서(3)가 금속 하우징 내에 캡슐화되도록 금속 하우징의 제2부분(212)에 나사 결합될 수 있는 제1부분(211)을 포함한다.
도 5b의 금속 하우징은 도 4에 기술된 금속 하우징의 형상과 유사한 입방형을 갖는다.
도 5c의 금속 하우징은 원통형을 갖는다. 이러한 원통형의 예에서, 상기 금속 하우징(2)은 제1베이스(2111) 상에 센서가 상기 금속 하우징(2) 내에 캡슐화되도록 상기 금속 하우징의 제2부분(212)에 나사 결합될 수 있는 제1부분(211)을 포함한다.
도 6은 원통형의 제1검출기(1A) 및 제2검출기(1B)를 포함하는 조사된 핵 입자의 검출을 위한 어셈블리를 나타낸다.
각각의 제1검출기(1A) 및 제2검출기(1B)는:
- 적어도 하나의 제1수형 소켓(811)을 포함하는 제1면(81); 및
- 적어도 하나의 제1암형 소켓(812)을 포함하는 제2면(82)을 포함한다.
상기 제1검출기(1A)의 제1수형 소켓(811)은 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제1검출기의 애노드에 연결된 제1단부(보이지 않음) 및 상기 제2검출기(1B)의 제1암형 소켓(812)과 협력하도록 구성된 제2단부(8112)를 포함한다. 따라서, 전기 신호는 제1검출기(1A)와 제2검출기(1B) 사이를 순환할 수 있다.
도 7a는 다수의 수형 소켓(811; 다수의 애노드)을 포함하는 검출기의 제1면(81) 및 도 7b는 다수의 암형 소켓(812)을 포함하는 검출기의 제2면(82)을 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 검출기의 제1 및 제2면들은 서로 마주 대향되어 있다. 그것들은 선(line)형 또는 열(column)형 또는 십자(cross)형으로 완전히 다른 형태로 배치될 수 있다(이것은 픽셀의 수와 연관된 혼잡에 크게 좌우된다). 이러한 다수의 수형/암형 소켓의 존재의 기술적 장점은 이후에 기술되는 도 9a 및 9b를 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 8은 아래와 같이 나타내는 도 6의 제1검출기(1A)와 도 6의 제2검출기(1B)간 상호연결 가능성을 확대도로 나타낸 것이다:
- 제1검출기의 금속 하우징의 제1면(81)은 3개의 수형 소켓(811)을 포함한다. 이들 각각의 수형 소켓은 애노드(11)에 연결된 금속 하우징 내부에 하우징된 제1단부(8111)를 포함하고, 상기 제2검출기(1B)의 금속 하우징의 제2면(82)은 3개의 암형 소켓(812)을 포함한다. 이들 각각의 암형 소켓은 캐소드(12)에 연결된 금속 하우징 내부에 하우징된 제1단부(8121) 및 상기 금속 하우징 외부의 제2단부(8212)를 포함한다.
상기 제1검출기(1A)의 제1면(81)의 수형 소켓(811)의 제2단부(8112)는 제1검출기와 제2검출기간 전기적 연결을 보장하도록 제2검출기(1B)의 제2면의 제2단부(8212) 내부에 삽입되도록 구성된다.
상기 제1검출기의 금속 하우징의 제1면은 제2검출기의 제2나사산(92)과 협력하도록 구성된 제1나사 피치(91)를 포함한다.
도 9a는 다수의 검출기(1A, 1B, 1C, 1D, 1E)를 포함하는 조사된 핵 입자의 검출을 위한 어셈블리를 나타내며, 각각의 검출기는 센서를 포함한다. 각각의 검출기는 캡슐화된 시스템에 검출기 만큼 많은 다수의 수형/암형 소켓을 포함한다는 것을 알아야 한다. 각각의 수형/암형 소켓은 그와 같은 어셈블리의 검출기의 애노드에 대응한다. 그와 같은 시스템은 왜건 시스템(wagon system)이라고 부른다. 그것은 다수의 검출기의 연결을 가능하게 하는 장점을 가지며, 각각의 검출기는, 예컨대 검출기 내부의 가스, 검출기를 구성하는 재료, 검출기에 삽입된 센서의 타입 등에 따라 기타 다른 기능을 보장할 수 있다. 또한, 각각의 애노드에서 나오는 모든 전기 신호를 수집하고 이들을 "회로-하우징"이라고 부르는 캡슐화 내부에서 직접 처리하는 "왜건(wagons)" 내부에 전자 회로를 삽입하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 심지어 "안테나-하우징"이라고 부르는 이들 하우징 중 하나가 무선 연결을 통해 이들 신호를 외부로 방출하는데 전용될 수 있다는 것을 생각할 수도 있다.
도 9b는 각기 다른 검출기들의 각기 다른 요소들간, 그리고 특히 각기 다른 센서들간의 전기적 연결을 나타내며, 후자는 입자들의 검출을 가능하게 하는 전기적 정보의 소스이다. 도 9a에 나타낸 5개의 검출기(1A, 1B, 1C, 1D, 1E)에 대응하는 도 9b에 나타낸 5개의 센서(D1, D2, D3, D4 및 D5)가 있다.
각각의 센서는 애노드(Ai) 및 캐소드(Ci)를 포함하며, i는 1과 5 사이를 포함한다. 캐소드(C1, C2, C3, C4 및 C5)는 각각의 검출기의 금속 하우징에 연결되며, 후자는 접지(M)의 역할을 한다. 이것은 일단 서로 연결되고 접지가 상호연결되는 모든 검출기를 나타내는 도 9b에서 볼 수 있다. 실제로, 검출기들의 센서들을 캡슐화하는 금속 하우징들은 상호연결되어 있으며, 센서들의 캐소드들이 연결된 접지(M)의 역할을 한다.
제1검출기의 애노드(A1)는 제1검출기(1A)의 제1면의 제1수형 소켓(811A)에 연결된다. 상기 제1수형 소켓(811A)은 제2검출기(1B)의 제1면의 제1암형 소켓(821B)과 협력한다. 상기 제2검출기(1B)의 제1면의 제1암형 소켓(821B)은 상기 제2검출기(1B)의 제2면의 제1수형 소켓(811B)에 연결된다. 상기 제2검출기의 제1수형 소켓(811B)은 제3검출기(1C)의 제1면의 제1암형 소켓(821C)과 협력한다. 상기 제3검출기(1B)의 제1면의 제1암형 소켓(821C)은 상기 제3검출기(1C)의 제2면의 제1수형 소켓(811C)에 연결된다. 상기 제3검출기의 제1수형 소켓(811C)은 제4검출기(1D)의 제1면의 제1암형 소켓(821D)과 협력한다. 상기 제4검출기(1D)의 제1면의 제1암형 소켓(821D)은 상기 제4검출기(1D)의 제2면의 제1수형 소켓(811D)에 연결된다. 상기 제4검출기(1D)의 제1수형 소켓(811D)은 제5검출기(1E)의 제1면의 제1암형 소켓(821E)과 협력한다. 상기 제5검출기(1E)의 제1면의 제1암형 소켓(821E)은 제5검출기(1E)의 제2면의 제1수형 소켓(811E)에 연결된다. 상기 제5검출기(1E)의 제1수형 소켓(811E)은 제1검출기의 애노드(A1)로부터 제5검출기(1E)의 제1수형 소켓(811E)으로 전송되고 이에 따라 판독 장치로 전송된 전기적 정보를 판독하는 장치(L)에 연결된다. 따라서, 상기 제1검출기(1A)의 애노드(A1)의 정보는 왜건 시스템을 형성하는 어셈블리의 모든 검출기를 통해 전송된다.
이제, 제3검출기(1C)의 제3센서(D3)의 애노드(A3)를 살펴 보자. 상기 제3검출기(1C)의 애노드(A3)는 상기 제3검출기(1C)의 제3수형 소켓(813C)에 연결된다. 상기 제3검출기(1C)의 제3수형 소켓(813C)은 상기 제4검출기(1D)의 제3암형 소켓(823D)과 협력한다. 상기 제4검출기(1D)의 제3암형 소켓(823D)은 상기 제4검출기(1D)의 제3수형 소켓(813D)에 연결된다. 상기 제4검출기(1D)의 제3수형 소켓(813D)은 상기 제5검출기(1E)의 제3암형 소켓(823E)과 협력한다. 상기 제5검출기(1E)의 제3암형 소켓(823E)은 상기 제5검출기(1E)의 제3수형 소켓(813E)에 연결된다. 상기 제5검출기(1E)의 제5수형 소켓(811E)은 상기 제3검출기의 애노드(A3)로부터 상기 제5검출기(1E)의 제3수형 소켓(813E)으로 전송되고 이에 따라 판독 장치로 전송된 전기적 정보를 판독하는 장치(L)에 연결된다. 따라서, 상기 제3검출기(1E)의 애노드(A3)의 정보는 상기 제3검출기와 상기 판독 장치에 연결된 최종 검출기간 어셈블리의 검출기들을 통해 전송되고, 이에 따라 왜건 시스템을 통해 전송된다.
상기 5개의 검출기 각각의 모든 애노드들은 상기 판독 장치(L), 또는 "안테나-하우징"을 위한 "회로-하우징"과 동일한 방식으로 연결된다. 상기 제5검출기의, 즉 상기 판독 장치에 연결된 왜건 시스템의 최종 검출기의 애노드(A5)만이 상기 제5검출기(1E)의 제5수형 소켓(815E)에 의해 판독 장치에 직접 연결된다.
여기서, 우리는 캡슐화된 시스템에서 검출기 만큼 많은 수형/암형 소켓을 볼 수 있다. 각각의 수형/암형 소켓은 도 9a 및 9b를 참조하여 기술된 바와 같은 다수의 검출기를 포함하는 어셈블리의 검출기의 애노드에 대응한다.
본 발명은 도면을 참조하여 앞서 설명된 실시예들로 제한되지 않으며, 대안들이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 구상될 수 있다.
1 : 검출기, 2 : 금속 하우징,
3 : 반도체 센서, 4 : 부착 수단.

Claims (12)

  1. 핵 입자가 조사되는 방사선 검출기(1)로서, 상기 검출기는:
    애노드(anode)라고 부르는 제1부분(11), 및 캐소드(cathode)라고 부르는 제2부분(12)을 포함하는 전기적 연결 수단;
    상기 전기적 연결 수단의 적어도 한 부분이 내부에 위치되는 금속 하우징(2);
    제1전기 회로를 포함하고, 상기 금속 하우징 내에 캡슐화되는 반도체 센서(3); 및
    상기 반도체 센서를 상기 금속 하우징에 부착하는 부착 수단(4)을 포함하며,
    상기 부착 수단은 전기 전도성 재료를 포함하고, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제1부분(41)은 상기 전기적 연결 수단의 애노드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크되며, 상기 부착 수단의 적어도 하나의 제2부분(42)은 상기 전기적 연결 수단의 캐소드에 연결되고 상기 반도체 센서에 제거가능하게 링크되며, 상기 부착 수단의 제1부분(41)은 이동가능한 요소(411)를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 부착 수단의 제1부분은 상기 전기적 연결 수단의 애노드에 제거가능하게 링크되고, 상기 부착 수단의 제2부분은 상기 전기적 연결 수단의 캐소드에 제거가능하게 링크되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    - 부착 수단의 제2부분은 캐소드에 연결된 제1금속 지지부(421)를 포함하고, 반도체 센서의 제1표면(31)은 상기 제1금속 지지부의 제1표면과 접촉하도록 구성되며,
    - 상기 부착 수단의 제1부분의 이동가능한 요소(411)는: 상기 반도체 센서가 제1금속 지지부와 이동가능한 요소 사이의 위치에 유지되도록 상기 반도체 센서의 제2표면(32) 상에 기계적 압력을 가하는 제1위치와; 상기 반도체 센서 상에 기계적 압력을 가하지 않는 제2위치 사이에 포함되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    제1금속 지지부의 제1표면(4211)은 제1번들의 짧은 금속 스파이크(61)들을 포함하고, 이동가능한 요소는 제1부분(413)을 포함하고, 상기 제1부분은 상기 이동가능한 요소의 제1위치에서 상기 반도체 센서의 제2표면과 접촉하도록 구성되며, 상기 제1부분은 제2번들의 짧은 금속 스파이크(62)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    제1금속 지지부는 유연한 것을 특징으로 하는 검출기.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    검출기는 세라믹 요소(5)를 포함하며, 상기 세라믹 요소는 애노드가 캐소드로부터 전기적으로 절연되도록 금속 하우징에 배열되는 것을 특징으로 하는 검출기.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    세라믹 요소는 제1금속 지지부를 둘러싸도록 금속 하우징에 배열되는 세라믹 링인 것을 특징으로 하는 검출기.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 하우징은 제1가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    금속 하우징은:
    - 금속 하우징 내부에 하우징되고 검출기의 애노드(11)에 연결된 제1단부(8111) 및 제1수형 소켓의 또 다른 추가 검출기의 암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부(8112)를 포함하는 적어도 하나의 제1수형 소켓을 구비한 제1면(81); 및
    - 금속 하우징 내부에 하우징되고 검출기의 제1면(81)의 제1수형 소켓에 연결된 제1단부(8211) 및 제1암형 소켓의 또 다른 추가 검출기의 수형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부(8212)를 포함하는 적어도 하나의 제1암형 소켓을 구비한 제2면(82)을 포함하는 것을 특징으로 하는 검출기.
  10. 조사된 핵 입자의 검출을 위한 어셈블리로서, 상기 어셈블리는:
    - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 제1검출기(1A); 및
    - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 제2검출기(1B)를 포함하고,
    상기 제1검출기는 제1수형 소켓을 포함하고, 상기 제1수형 소켓은 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제1검출기의 애노드에 연결된 제1단부 및 상기 제1수형 소켓의 제2의 추가 검출기의 제1암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하며,
    상기 제2검출기는:
    - 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 제1면의 수형 소켓에 연결된 제1단부 및 제1검출기의 수형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 제2검출기의 제1암형 소켓을 구비한 제2면; 및
    - 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 제2면의 제1암형 소켓에 연결된 제1단부 및 제1수형 소켓의 제2의 추가 검출기의 제1암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 제1수형 소켓, 및 금속 하우징 내부에 하우징되고 상기 제2검출기의 애노드에 연결된 제1단부 및 제2검출기의 제2수형 소켓의 제3의 추가 검출기의 암형 소켓과 협력하도록 구성된 제2단부를 포함하는 제2수형 소켓을 구비한 제1면을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
    제1검출기의 금속 하우징은 제1가스를 포함하고, 제2검출기의 금속 하우징은 제2가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
  12. 주사된 핵 입자의 검출을 위한 시스템(10)으로서, 상기 시스템은:
    - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 검출기;
    - 상기 검출기를 둘러싸는 세라믹을 포함하는 제1재킷(101); 및
    - 상기 제1재킷을 둘러싸는 세라믹을 포함하는 제2재킷(102)을 포함하며,
    상기 제1재킷과 제2재킷 사이에는 스페이스(103)가 존재하고, 상기 스페이스는 제1금속을 포함하는 층(104)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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