RU2247411C1 - Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом - Google Patents
Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247411C1 RU2247411C1 RU2004113598/28A RU2004113598A RU2247411C1 RU 2247411 C1 RU2247411 C1 RU 2247411C1 RU 2004113598/28 A RU2004113598/28 A RU 2004113598/28A RU 2004113598 A RU2004113598 A RU 2004113598A RU 2247411 C1 RU2247411 C1 RU 2247411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutrons
- charged
- vacuum
- semiconductor
- neutron generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
- G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
- G01T1/2928—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using solid state detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом. Сущность: в полупроводниковом детекторе для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе, включающем полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, токоотвод со стороны потока заряженных частиц выполнен в виде жесткой прижимной металлической пластины с отверстием напротив чувствительной зоны полупроводникового регистрирующего элемента, прикрепленной к диэлектрическому корпусу, а токоотвод с противоположной стороны выполнен в виде жесткой металлической пластины, поджатой пружинным элементом к полупроводниковому регистрирующему элементу, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала, с газовой десорбционной способностью, не более 5· 10-8 мбар· см-2· с-1; корпус может быть выполнен из керамики. Технический результат изобретения: обеспечение возможности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом при скорости регистрации до 107 частиц в секунду. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом.
Известны устройства, содержащие, по меньшей мере, один неорганический сцинтиллятор, нанесенный на оптическое стекло, и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). При этом сцинтиллятор(ы) находится в статическом вакууме нейтронного генератора, а ФЭУ - вне зоны вакуума, US 6297507.
Быстродействие и эффективность регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц (чувствительность) этого устройства малы вследствие:
- недостаточной интенсивности свечения, вызванного прохождением через сцинтиллятор сопутствующих нейтронам заряженных частиц;
- поглощения части свечения самим сцинтиллятором;
- дополнительных потерь свечения в переходах сцинтиллятор - стекло - ФЭУ.
Устройство по причинам, изложенным выше, имеет быстродействие (максимальный счет сопутствующих заряженных частиц) порядка 104 частиц в секунду. Такой счет (регистрация) сопутствующих заряженных частиц и, следовательно, выделенных по направлению "меченых" нейтронов является недостаточным для практического использования в системе неразрушающего анализа, базирующейся на портативном нейтронном генераторе, см. "Associated particle imaging (API)", Report of Bechtel Nevada (BN) Special Technologies Laboratory (STL), USA, DOE/NV 11718-223, UC-700, May, 1998, http://www.osti.gov/dublincore/gpo/servlets/purl/304166-TEKYDQ/webviewable/304166.pdf.
Известен также полупроводниковый детектор для регистрации заряженных частиц, включающий полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, выполненном из фольгированного стеклотекстолита, а также токоотводы. Полупроводниковый регистрирующий элемент закреплен в корпусе эпоксидным клеем. Электроды, выполненные в виде тонких слоев металла, одновременно нанесены на поверхности полупроводникового элемента и корпуса напылением. Токоотводы (электрические контакты) прикреплены к металлу корпуса пайкой, проводящим клеем или прижимом, см. Гаценко Л.С., Федосеева О.П. “Полностью обедненные дрейфовые детекторы”, “Приборы и техника эксперимента”, №4, июль-август, 1974, с.46-48 (копия ссылки прилагается). Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения и может использоваться для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в объеме постоянно откачиваемого вакуума генератора нейтронов (Арльт Р. и др. “Абсолютные измерения сечения деления 239Рu нейтронами энергией 8,5 МэВ”, “Атомная энергия”, том 57, вып.4, октябрь, 1984, с.249-251). В силу своей конструкции и материалов, из которых состоит устройство, оно не может быть использовано в ограниченном объеме со статическим (неоткачиваемым) вакуумом, в том числе, внутри статического вакуума нейтронного генератора. Это объясняется тем, что процесс получения статического вакуума требует высокотемпературного удаления газов, связанного с нагревом всей конструкции при непрерывном откачивании вакуумного объема вместе с устройством, помещенным в этот объем, до температур порядка 400° С в течение 10-12 часов. При таких температурах электрические контакты, диэлектрическая изоляция и структура материалов устройства нарушаются вследствие разных температурных коэффициентов расширения или деградации самих материалов. Кроме того, материалы, из которых выполнено устройство, не являются вакуум-плотными, поэтому процесс длительной десорбции газа после отсечения вакуумного объема от откачивающего насоса приводит в дальнейшем к нарушению статического вакуума и отказу работы нейтронного генератора.
Изобретением решается задача обеспечения возможности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом при скорости регистрации до 107 частиц в секунду. Для этого устройство должно быть устойчиво к нагреву до 400° С при откачивании вакуумной системы нейтронного генератора перед его запаиванием, нечувствительно к свечению как пучка, так и рассеянных на мишени нейтронного генератора ионов дейтерия (трития), устойчиво к высоким потокам заряженных частиц и нейтронов (до 106 частиц в секунду через 1 см2 поверхности), обладать малой десорбционной способностью, а также иметь слабую чувствительность к нейтронному, гамма-, рентгеновскому и электромагнитному излучениям.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в полупроводниковом детекторе для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе, включающем полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, токоотвод со стороны потока заряженных частиц выполнен в виде жесткой прижимной металлической пластины с отверстием напротив чувствительной зоны полупроводникового регистрирующего элемента, прикрепленной к диэлектрическому корпусу, а токоотвод с противоположной стороны выполнен в виде жесткой металлической пластины, поджатой пружинным элементом к полупроводниковому регистрирующему элементу, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного диэлектрического материала с газовой десорбционной способностью не более 5· 10-8 мбар· см-2· с-1; благодаря этому, практически, исключается искажение статического вакуума в течение полного цикла работы вакуумной трубки нейтронного генератора; корпус может быть выполнен из керамики.
Большая площадь контакта токоотвода с проводящими металлическими слоями полупроводникового регистрирующего элемента, обеспечиваемая в том числе и за счет механического прижима (давления), компенсирует расширение элементов устройства при высокотемпературном нагреве и предотвращает механические повреждения полупроводникового элемента; области полупроводникового элемента, чувствительные к свету и радиационным повреждениям, закрыты керамическим корпусом и находятся на стороне устройства, противоположной мишени нейтронного генератора.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - схема нейтронного генератора с размещенным в нем полупроводниковым детектором;
на фиг.2 - полупроводниковый детектор в разрезе;
на фиг.3 - вариант, предусматривающий агрегацию из трех детекторов, объединенных в общем корпусе.
Полупроводниковый детектор 1 для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе 2 включает полупроводниковый регистрирующий элемент 3. В конкретном примере элемент 3 выполнен из кремния с проводимостью n-типа. Элемент 3 размещен в корпусе 4, выполненном из вакуум-плотного диэлектрического материала с газовой десорбционной способностью не более 5· 10-8 мбар· см-2· с-1; вакуум-плотным материалом считается материал, обеспечивающий длительное сохранение заданной глубины вакуума, что обусловлено как его текстурой, так и минимальным выделением газов (газовой десорбционной способностью).
В рассматриваемом примере корпус выполнен из диэлектрического вакуум-плотного материала - керамики ХС-22. Полупроводниковый регистрирующий элемент 3 закрыт со стороны потока сопутствующих нейтронам заряженных частиц и с противоположной стороны, соответственно, слоями 5 и 6 металла, в частности алюминия, толщиной 1 мкм. Слой 5 электрически соединен с токоотводом, выполненным в виде жесткой прижимной пластины 7 с отверстием 8 напротив чувствительной (центральной) зоны элемента 3. Пластина 7 прикреплена к корпусу 4 крепежными элементами 9. Одним из этих элементов закрепляется контактный элемент 10, выполненный из никелевой проволоки. Токоотвод с противоположной стороны представляет собой сплошную жесткую металлическую пластину 11, поджатую пружинным элементом 12 к слою 6 полупроводникового регистрирующего элемента 3. К пластине 11 прикреплен контактный элемент 13 из никелевой проволоки. В объеме 14 статического вакуума нейтронного генератора размещена мишень 15, содержащая ионы трития, а также источник 16 ионов дейтерия.
Возможен также конструктивный вариант объединения нескольких полупроводниковых детекторов в общий корпус (фиг.3).
Устройство работает следующим образом. Пучок ионов дейтерия от источника 16 попадает на мишень 15. В результате ядерной реакции образуется нейтроны с энергией 14 МэВ и сопутствующие им заряженные альфа-частицы с энергией 3,2 МэВ. Направление сопутствующей нейтрону альфа-частицы всегда противоположно направлению нейтрона. Заряженная частица, попадая в полупроводниковый регистрирующий элемент 3, производит ионизацию внутри него, что приводит к протеканию тока через него и появлению быстрого (порядка наносекунд) электрического сигнала на токоотводах. Регистрация сопутствующих заряженных частиц состоит в съеме с полупроводникового регистрирующего элемента быстрого (длительностью порядка 5-10 наносекунд) электрического сигнала, который выводится наружу из статического вакуума и поступает на регистрирующую аппаратуру. Устройство имеет быстродействие до 107 частиц в секунду, что позволяет увеличить скорость регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в 1000 раз и во столько же раз увеличить поток выделенных по направлению "меченых" нейтронов по сравнению с устройствами, выполненными на базе сцинтилляторов, а в сравнении с устройством-прототипом заявленное устройство позволяет регистрировать сопутствующие нейтронам заряженные частицы в нейтронном генераторе со статическим вакуумом.
Данный полупроводниковый детектор прошел испытания на нейтронных генераторах со статическим вакуумом. Суммарное число зарегистрированных заряженных частиц составляет 1013.
Claims (2)
1. Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающий полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, отличающийся тем, что токоотвод со стороны потока заряженных частиц выполнен в виде жесткой прижимной металлической пластины с отверстием напротив чувствительной зоны полупроводникового регистрирующего элемента, прикрепленной к диэлектрическому корпусу, а токоотвод с противоположной стороны выполнен в виде жесткой металлической пластины, поджатой пружинным элементом к полупроводниковому регистрирующему элементу, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5· 10-8 мбар· см-2· с-1.
2. Полупроводниковый детектор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен из керамики.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004113598/28A RU2247411C1 (ru) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом |
PCT/RU2005/000021 WO2005103761A1 (fr) | 2004-04-23 | 2005-01-12 | Detecteur a semi-conducteurs servant a l'enregistrement de particules chargees accompagnant les neutrons dans un generateur de neutrons a vide statique |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004113598/28A RU2247411C1 (ru) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2247411C1 true RU2247411C1 (ru) | 2005-02-27 |
Family
ID=35197113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004113598/28A RU2247411C1 (ru) | 2004-04-23 | 2004-04-23 | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2247411C1 (ru) |
WO (1) | WO2005103761A1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476907C2 (ru) * | 2011-06-08 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Многоканальный полупроводниковый детектор для регистрации альфа-частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом и чувствительный элемент для него |
RU2529054C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АПСТЕК Рашен Девелопмент" | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7741610B2 (en) * | 2007-11-01 | 2010-06-22 | Oy Ajat Ltd. | CdTe/CdZnTe radiation imaging detector and high/biasing voltage means |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1147163A1 (ru) * | 1984-03-13 | 1995-07-25 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Ядерной Геофизики И Геохимии | Устройство для многозондового нейтронного каротажа |
RU2199136C2 (ru) * | 1998-01-23 | 2003-02-20 | Циньхуа Юниверсити | Генератор нейтронов в герметичной трубке, содержащий встроенный детектор связанных альфа-частиц для скважинного каротажа |
RU2197036C2 (ru) * | 2000-09-13 | 2003-01-20 | Такеши САИТО | Координатный детектор релятивистских частиц |
-
2004
- 2004-04-23 RU RU2004113598/28A patent/RU2247411C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-01-12 WO PCT/RU2005/000021 patent/WO2005103761A1/ru active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГАЦЕНКО Л.С., ФЕДОСЕЕВА О.П. Полностью обедненные дрейфовые детекторы. Приборы и техника эксперимента. №4, 1974, с.46-48. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2476907C2 (ru) * | 2011-06-08 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Нейтронные технологии" | Многоканальный полупроводниковый детектор для регистрации альфа-частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом и чувствительный элемент для него |
RU2529054C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АПСТЕК Рашен Девелопмент" | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005103761A1 (fr) | 2005-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060043308A1 (en) | Micro neutron detectors | |
US7863571B2 (en) | Muon detector | |
CN110988971B (zh) | 一种宽能谱白光中子共振照相探测器及探测方法 | |
Murtas | Applications of triple GEM detectors beyond particle and nuclear physics | |
Mavrokoridis et al. | Optical readout of a two phase liquid argon TPC using CCD camera and THGEMs | |
WO2011143506A1 (en) | Sealed boron coated straw detectors | |
JP2005024539A (ja) | 荷電粒子検出器およびそれを用いた検知装置 | |
Carlson et al. | Results from beam tests of the CAPRICE RICH detector | |
JP5604751B2 (ja) | 高抵抗電極を用いたピクセル型電極による粒子線画像検出器 | |
RU2247411C1 (ru) | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом | |
RU2529054C1 (ru) | Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом | |
CN107607983B (zh) | 辐射射线检测仪及其制备方法 | |
RU2377610C1 (ru) | Способ гамма-каротажа скважины (варианты) | |
EP3270186B1 (en) | Neutron detector with a tracking unit | |
Charpak et al. | A high-rate, high-resolution asymmetric wire chamber with mustrip readout | |
RU2813557C1 (ru) | Позиционно-чувствительный детектор тепловых и холодных нейтронов на основе плоскопараллельной резистивной камеры | |
Wei et al. | Detection of alpha particles and low energy gamma rays by thermo-bonded Micromegas in xenon gas | |
RU2198441C2 (ru) | Импульсная нейтронная трубка | |
Lopes et al. | Rare gas liquid detectors | |
RU2797497C1 (ru) | Позиционно-чувствительный газовый детектор тепловых и холодных нейтронов | |
RU2788834C1 (ru) | Позиционно-чувствительный детектор медленных и быстрых нейтронов | |
JP3815730B2 (ja) | 荷電粒子検出器および荷電粒子検出器の作製方法ならびに荷電粒子検出器を備えた検知装置 | |
US11681060B2 (en) | Rugged hexagonal boron nitride solid state detector | |
RU2476907C2 (ru) | Многоканальный полупроводниковый детектор для регистрации альфа-частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом и чувствительный элемент для него | |
JP2000147128A (ja) | ストリップ電極型放射線検出装置及びその検出装置を備えた原子炉炉心監視装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070424 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20091120 |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 6-2005 FOR TAG: (73) |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120116 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160424 |