RU162960U1 - Алмазный детектор ионизирующих излучений - Google Patents
Алмазный детектор ионизирующих излучений Download PDFInfo
- Publication number
- RU162960U1 RU162960U1 RU2015154038/28U RU2015154038U RU162960U1 RU 162960 U1 RU162960 U1 RU 162960U1 RU 2015154038/28 U RU2015154038/28 U RU 2015154038/28U RU 2015154038 U RU2015154038 U RU 2015154038U RU 162960 U1 RU162960 U1 RU 162960U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- detector
- active
- diamond layer
- layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Алмазный детектор ионизирующих излучений, состоящий из алмазной подложки, активного алмазного слоя, двух контактных электродов, расположенных сверху и снизу активного алмазного слоя, и выводов для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала, отличающийся тем, что активный алмазный слой выполнен сферическим, верхний и нижний контактные электроды выполнены в виде концентрических сферических сегментов, при этом толщина активного алмазного слоя не превышает 0,03 мм.
Description
Полезная модель относится к алмазным детекторам для измерения линейной передачи энергии (ЛПЭ) тяжелых заряженных частиц космического излучения (ТЗЧ КИ). Основной областью применения алмазных детекторов для измерения ЛПЭ являются космическая отрасль.
Известен алмазный полупроводниковый детектор ионизирующего излучения (ИИ) [Патент США №5097133 на изобретение «Детектор излучения на синтетическом алмазе», МПК G01T 1/02; G01T 1/16; G01T 1/24; G01T 1/26; H01L 31/09, дата публикации: 17.03.1992]
Алмазный полупроводниковый детектор ионизирующего излучения (ИИ) представляет собой алмазную пластину толщиной 0,2 мм, на противоположные стороны которой нанесены контактные электроды, на которые подается напряжение смещения и с которых производится съем сигнала. При попадании ТЗЧ в алмазную пластину детектора в пластине образуются свободные электроны и дырки, которые за счет электрического поля, создаваемого внутри алмаза напряжением смещения, движутся к контактным электродам. В результате возникает электрический ток, регистрируемый электронной аппаратурой, подключенной к детектору. Количество электронно-дырочных пар и, соответственно, амплитуда выходного сигнала алмазного детектора Q пропорциональны энергии, переданной тяжелой заряженной частицей алмазной пластине (1) [В.И. Попов. Методы ЛПЭ - спектрометрии ионизирующих излучений. -М.: Атомиздат, 1978, -135 с.]:
где k - эффективность собирания заряда алмазного детектора;
е=1,6·10-19 Кл - элементарный заряд;
Е0 - средняя энергия образования электронно-дырочной пары в алмазе по действием ионизирующего излучения, Е0=13,2 эВ;
ρ - плотность алмаза, ρ=3515 кг/м3;
d - путь, пройденный тяжелой заряженной частицей в активном алмазном слое;
L - линейная передача энергии частицы ИИ алмазу, зависящая от энергии частицы Е.
Из соотношения (1) следует, что при условии постоянства линейной передачи энергии при пролете ТЗЧ сквозь объем детектора выходной сигнал детектора будет пропорционален линейной передачи энергии частицы:
Таким образом, при выполнении условия постоянства линейной передачи энергии, при пролете ТЗЧ сквозь объем детектора, измерение линейной передачи энергии частицы можно проводить, измеряя амплитуду выходного сигнала детектора, используя выражение (2).
Следует отметить, что для большинства ТЗЧ условие постоянства линейной передачи энергии выполняется для толщины алмазного детектора не более 0,03 мм.
Таким образом, описанный алмазный детектор невозможно использовать для измерения линейной передачи энергии ТЗЧ космического излучения путем измерения амплитуды его выходного сигнала, т.к. он имеет толщину 0,2 мм.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является тонкослойный алмазный детектор на основе алмазной пленки, полученной способом CVD осаждения на алмазную подложку, описание которого дано в [A. Balducci et al., Synthesis and characterization of a single-crystal chemical-vapor-deposition diamond particle detector // Applied Phys. Lett. - 2005. -№86. - P. 213507; А. Бальдуччи и др. Создание и исследование детектора частиц на основе монокристаллического алмаза, полученного методом химического осаждения из газовой фазы // Applied Phys. Lett. - 2005. - №86. - С. 213507 - прототип].
В известном тонкослойном алмазном детекторе (прототипе) регистрация тяжелых заряженных частиц производится в тонком слое алмазной пленки -активном алмазном слое. Используя CVD технологию, легко получить толщину активного слоя детектора 0,03 мм и менее, что позволяет проводить измерение линейной передачи энергии путем измерения амплитуды выходного сигнала детектора.
Прототип схематически изображен на фиг. 2. Прототип состоит из алмазной подложки 2.1, нижнего контактного электрода 2.2, активного алмазного слоя детектора 2.3, верхнего контактного электрода 2.4 и выводов 2.5 и 2.5а, соединенных с контактными электродами. На вывод 2.5 подается напряжение смещения, а вывод 2.5а подсоединяется к электронной аппаратуре регистрации и служит для снятия выходного сигнала алмазного детектора. На фиг. 2 показаны траектории ТЗЧ 2.6, проходящих через активный алмазный слой 2.3 под разными углами θ к оси симметрии алмазного детектора 2.7.
Недостатком прототипа является зависимость пути тяжелой заряженной частицы в активном алмазном слое от направления ее движения. Очевидно, что пути тяжелых заряженных частиц d в активном алмазном слое зависят от угла падения: d ~ 1/cosθ.
Вместе с тем, из формулы (2) видно, что значение линейной передачи энергии обратно пропорционально значению d. Таким образом, при использовании прототипа для регистрации линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц космического излучения, в котором потоки частиц изотропны, и, следовательно, ТЗЧ движутся в различных направлениях, будет возникать значительная погрешность измерения линейной передачи энергии, связанная с вариацией углов попадания тяжелых заряженных частиц в детектор.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является увеличение точности измерений линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц космических излучений.
Поставленная задача решается тем, что в алмазном детекторе ионизирующих излучений, состоящем из алмазной подложки, активного алмазного слоя, двух контактных электродов, расположенных сверху и снизу активного алмазного слоя, и выводов для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала, согласно заявляемой полезной модели, активный алмазный слой выполнен сферическим, верхний и нижний контактные электроды выполнены в виде концентрических сферических сегментов, при этом толщина активного алмазного слоя не превышает 0,03 мм.
Техническим результатом является увеличение точности измерений линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц космических излучений за счет выполнения тонкого активного алмазного слоя сферическим, в котором обеспечивается равенство путей тяжелых заряженных частиц, движущихся в различных направлениях, и контактных электродов в форме концентрических сферических сегментов. При этом обеспечивается равенство путей тяжелых заряженных частиц космического излучения в активном алмазном слое и, следовательно, в 1,5-2 раза увеличивается точность измерения линейной передачи энергии тяжелых заряженных частиц, движущихся в различных направлениях.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, где
на фиг. 1 показано схематическое изображение предлагаемого алмазного детектора:
1 - алмазная подложка;
2 - нижний контактный электрод;
3 - активный алмазный слой;
4 - верхний контактный электрод;
5 - выводы, соединенные с контактными электродами;
6 - траектории тяжелых заряженных частиц, проходящих через активный алмазный слой под разными углами θ к оси симметрии алмазного детектора;
7 - ось симметрии алмазного детектора;
на фиг. 2 показано схематическое изображение прототипа алмазного детектора
Алмазный детектор ионизирующих излучений (фиг. 1) состоит из алмазной подложки 1, активного алмазного слоя 3, двух контактных электродов 2 и 4, расположенных снизу и сверху активного алмазного слоя соответственно, и выводов 5 для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала. Активный алмазный слой 3 выполнен сферическим с толщиной, не превышающей 0,03 мм. Нижний контактный электрод 2 и верхний контактный электрод 4 выполнены в виде концентрических сферических сегментов. Это обеспечивает одинаковые условия сбора зарядов, образовавшихся в различных областях активного алмазного слоя и, следовательно, равенство амплитуд выходного сигнала детектора.
При попадании тяжелых заряженных частиц в активный алмазный слой детектора 3 в нем образуются свободные электроны и дырки, которые за счет электрического поля, создаваемого напряжением смещения, движутся к контактным электродам 2 и 4. В результате возникает электрический ток, регистрируемый электронной аппаратурой, подключенной к детектору через выводы 5. Количество электронно-дырочных пар и, соответственно, амплитуда выходного сигнала алмазного детектора Q определяются по формуле (1).
Малая толщина активного алмазного слоя 3 обеспечивает постоянство линейной передачи энергии ТЗЧ, что позволяет использовать формулу (2) для определения линейной передачи энергии частиц L по измеряемой амплитуде выходного сигнала Q.
Сферическая форма активного алмазного слоя 3 обеспечивает равенство путей 6, проходимых тяжелыми заряженными частицами, которые падают под различными углами, (пути выделены на фиг. 1) и, следовательно, отсутствие погрешностей при расчете линейной передачи энергии по формуле (2). Для сравнения, в активном алмазном слое плоской формы пути частиц, падающих под различными углами, различаются в 1,5-2 раза, что приводит к дополнительной погрешности определения линейной передачи энергии частиц по формуле (2), достигающей 50%.
Таким образом, предлагаемый алмазный детектор благодаря выполнению активного алмазного слоя в сферической форме и контактных электродов в форме концентрических сферических сегментов обеспечивает равенство амплитуд выходного сигнала при регистрации тяжелых заряженных частиц с равными линейными передачами энергии, независимо от угла падения частиц на алмазный детектор. Это позволяет увеличить точность измерения линейной передачи энергии ТЗЧ космического излучения в 1,5-2 раза по сравнению с алмазным детектором с плоским активным алмазным слоем (прототип).
Claims (1)
- Алмазный детектор ионизирующих излучений, состоящий из алмазной подложки, активного алмазного слоя, двух контактных электродов, расположенных сверху и снизу активного алмазного слоя, и выводов для подачи напряжения смещения и съема выходного сигнала, отличающийся тем, что активный алмазный слой выполнен сферическим, верхний и нижний контактные электроды выполнены в виде концентрических сферических сегментов, при этом толщина активного алмазного слоя не превышает 0,03 мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154038/28U RU162960U1 (ru) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Алмазный детектор ионизирующих излучений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154038/28U RU162960U1 (ru) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Алмазный детектор ионизирующих излучений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU162960U1 true RU162960U1 (ru) | 2016-07-10 |
Family
ID=56370169
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154038/28U RU162960U1 (ru) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Алмазный детектор ионизирующих излучений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU162960U1 (ru) |
-
2015
- 2015-12-16 RU RU2015154038/28U patent/RU162960U1/ru active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Thomas et al. | Characterisation of Redlen high-flux CdZnTe | |
US6771730B1 (en) | Boron-carbide solid state neutron detector and method of using the same | |
US20140332691A1 (en) | Single layer 3d tracking semiconductor detector | |
CN103913763A (zh) | 辐射探测器及辐射探测装置 | |
RU162960U1 (ru) | Алмазный детектор ионизирующих излучений | |
CN105738941B (zh) | 一种基于静电偏转的空间能量粒子的能谱测量装置 | |
CN108345022B (zh) | 一种空间带电粒子辐射剂量的测量装置及方法 | |
Zhang et al. | The geometric factor of high energy protons detector on FY-3 satellite | |
Li et al. | A sub-millimeter spatial resolution achieved by a large sized glass RPC | |
CN203037860U (zh) | 辐射探测器及辐射探测装置 | |
US8350225B1 (en) | Solid state tissue equivalent detector, main component for a light-weight tissue equivalent microdosimeter | |
Martinsson | Investigation of particle elastic scattering analysis as a complementary technique to pixe for aerosol characterization | |
Soukup et al. | Dynamics of charge collection in pixelated semiconductor sensor studied with heavy ions and Timepix | |
CN102636804A (zh) | 测量γ/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测结构 | |
Stoffle et al. | Initial results on charge and velocity discrimination for heavy ions using silicon-Timepix detectors | |
Bilki et al. | Tests of a novel design of Resistive Plate Chambers | |
Meyer | Studies of the Response Speed of Silicon Surface Barrier Detectors, When Irradiated with Different Particles | |
Koehler | Thallium Bromide as an Alternative Material for Room-Temperature Gamma-Ray Spectroscopy and Imaging. | |
CN117110343B (zh) | 元素分布探测装置、标定测试方法及元素分布探测方法 | |
Bonfanti | The high resolution silicon telescope of the INSULAB group | |
WO2000033106A1 (en) | Boron-carbide solid state neutron detector and method of using same | |
US7884332B1 (en) | Radiation detector | |
FR3091953B1 (fr) | Detecteur de particules elementaires | |
US2717964A (en) | Sulfur crystal counter | |
Vignati et al. | Silicon Detectors for beam monitoring in proton therapy: MoVeIT preliminary results. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB1K | Licence on use of utility model |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170320 |