RU2522772C1 - Diamond detector - Google Patents
Diamond detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522772C1 RU2522772C1 RU2012157933/28A RU2012157933A RU2522772C1 RU 2522772 C1 RU2522772 C1 RU 2522772C1 RU 2012157933/28 A RU2012157933/28 A RU 2012157933/28A RU 2012157933 A RU2012157933 A RU 2012157933A RU 2522772 C1 RU2522772 C1 RU 2522772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- diamond plate
- diamond detector
- current leads
- contacts
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации ядерных излучений, например, для регистрации спектров быстрых нейтронов в экспериментальных исследованиях и на объектах ядерной энергетики.The invention relates to the field of nuclear physics and can be used to record nuclear radiation, for example, to record fast neutron spectra in experimental studies and at nuclear facilities.
Известен способ регистрации спектров быстрых нейтронов с применением полупроводникового детектора [1]. Недостатками этого детектора являются невозможность работы в условиях высоких температур и агрессивной среды.A known method of recording spectra of fast neutrons using a semiconductor detector [1]. The disadvantages of this detector are the inability to work in high temperatures and aggressive environments.
Известен алмазный детектор для регистрации ядерных излучений, например, для регистрации спектров быстрых нейтронов [2]. Алмазный детектор содержит чувствительный к ядерному излучению элемент, выполненный в виде алмазной пластины с контактами, размещенными противоположно на двух плоскостях алмазной пластины, имеющими большую площадь, токовводы, соединенные с соответствующими контактами на алмазной пластине с помощью проволочек, и корпус. Для крепления алмазной пластины служат две одинаковые прокладки из полиэтилена или фторопласта и металлическая гайка, ввинчивающаяся в корпус. Алмазный детектор имеет три токоввода. Первый и второй токовводы - изолированные. Третий - неизолированный. Первый и второй токовводы подсоединяются соответственно к первому и второму контактам на алмазной пластине с помощью проволочек, которые припаиваются или привариваются к токовводам, а к контактам на алмазной пластине присоединяются посредством аквадага или серебряной пасты с последующей термообработкой. Третий токоввод приваривается к корпусу и служит для заземления. Свободные концы токовводов подсоединяются к разъему и далее с помощью кабеля к усилителю и регистрирующей аппаратуре.Known diamond detector for detecting nuclear radiation, for example, for recording spectra of fast neutrons [2]. The diamond detector contains a nuclear radiation sensitive element made in the form of a diamond plate with contacts placed opposite on two planes of the diamond plate having a large area, current leads connected to the corresponding contacts on the diamond plate using wires, and a housing. Two identical gaskets made of polyethylene or fluoroplastic and a metal nut screwed into the body are used to fasten the diamond plate. The diamond detector has three current leads. The first and second current leads are isolated. The third is uninsulated. The first and second current leads are connected respectively to the first and second contacts on the diamond plate using wires that are soldered or welded to the current leads, and are connected to the contacts on the diamond plate by means of an aquadag or silver paste, followed by heat treatment. The third current lead is welded to the housing and serves for grounding. The free ends of the current leads are connected to the connector and then using a cable to the amplifier and recording equipment.
Алмазный детектор устанавливают на пути регистрируемого ядерного излучения и прикладывают напряжение от внешнего источника питания к первому контакту на алмазной пластине, а со второго снимают сигналы, обусловленные падающим ядерным излучением. Недостатком этого устройства является узкий температурный диапазон и невозможность использования в агрессивных средах. Например, в токамаке ИТЭР (Интернациональный термоядерный экспериментальный реактор) в камере ВНК (вертикальная нейтронная камера), где алмазный детектор должен быть установлен для работы в составе спектрометра быстрых нейтронов: температура - 150°C, а при технологической подготовке камеры - 250°C, поток нейтронов в канале коллиматора 105-1010 нейтрон/(см2·с), магнитное поле до 1,5 Тл. В таких условиях конструкционные материалы (фторопласт, полиэтилен, токопроводящие компаунды), применяемые в алмазном детекторе [2], становятся неработоспособными и загрязняют рабочий объем ИТЭР, а детали и узлы с применением ферромагнитных материалов испытывают большие механические нагрузки. Кроме того, конструкции корпуса и токовводов не обеспечивают необходимой помехозащищенности алмазного детектора и полосы пропускания для сигналов, поступающих с его чувствительного элемента к регистрирующей аппаратуре, находящейся на большом (~ 30 м) расстоянии от алмазного детектора.A diamond detector is installed in the path of the detected nuclear radiation and a voltage is applied from an external power source to the first contact on the diamond plate, and signals caused by incident nuclear radiation are removed from the second. The disadvantage of this device is the narrow temperature range and the inability to use in aggressive environments. For example, in the ITER tokamak (International Thermonuclear Experimental Reactor) in the VNK chamber (vertical neutron chamber), where the diamond detector must be installed to work as part of a fast neutron spectrometer: temperature - 150 ° C, and for technological preparation of the chamber - 250 ° C, neutron flux in the collimator channel 10 5 -10 10 neutron / (cm 2 · s), magnetic field up to 1.5 T. Under such conditions, structural materials (fluoroplastic, polyethylene, conductive compounds) used in a diamond detector [2] become inoperative and pollute the ITER working volume, and parts and assemblies using ferromagnetic materials experience large mechanical loads. In addition, the design of the case and current leads does not provide the necessary noise immunity of the diamond detector and the passband for signals coming from its sensitive element to the recording equipment located at a large (~ 30 m) distance from the diamond detector.
Техническим результатом данного изобретения является расширение области применения и повышение надежности.The technical result of this invention is to expand the scope and increase reliability.
Для достижения указанного технического результата в известном алмазном детекторе, содержащем чувствительный к ядерному излучению элемент, выполненный в виде алмазной пластины с контактами, размещенными противоположно на двух плоскостях алмазной пластины, имеющими большую площадь, токовводы, соединенные с соответствующими контактами на алмазной пластине с помощью проволочек, и корпус, предложено в алмазный детектор дополнительно ввести оправку из высокотемпературного изоляционного материала, например, сапфира с отверстием, размеры которого соответствуют размерам алмазной пластины, и пружину, токовводы выполнять в виде плоских пружин, проволочки соединять с контактами на алмазной пластине и токовводами посредством сварки, например, ультразвуковой микросварки, а корпус выполнять совместимым с триаксиальной линией связи. Дополнительно ввести вставки и гайку, изготовленные из высокотемпературного изоляционного конструкционного материала, например, технической керамики DEGUSSIT AL23. Контакты на двух противоположных плоскостях алмазной пластины, имеющих большую площадь, изготавливать из золота и наносить, например, методом вакуумного напыления, причем толщина каждого контакта должна составлять 30 нм. Дополнительно ввести альфа источник, например, Am241 с активностью 500 Бк и геттер, причем альфа источник жестко закрепить под крышкой внутреннего экранирующего корпуса, а геттер жестко закрепить на внутренней поверхности наружного экранирующего корпуса. Дополнительно ввести трубку, через которую алмазный детектор вакуумировать, после чего трубку опрессовать. На токовводы и пружину нанести золотое покрытие, например, методом вакуумного напыления. Все детали алмазного детектора выполнять из немагнитных материалов, а наружный экранирующий корпус из немагнитного материала, работоспособного в агрессивных средах, например, нержавеющей стали.To achieve the specified technical result in a known diamond detector containing a sensitive to nuclear radiation element made in the form of a diamond plate with contacts placed opposite on two planes of the diamond plate having a large area, current leads connected to the corresponding contacts on the diamond plate using wires, and the case, it is proposed to introduce into the diamond detector a mandrel of a high-temperature insulating material, for example, sapphire with a hole, dimensions which correspond to the dimensions of the diamond plate and the spring, the current leads are made in the form of flat springs, the wires are connected to the contacts on the diamond plate and the current leads by welding, for example, ultrasonic microwelding, and the housing is compatible with the triaxial communication line. In addition, insert inserts and a nut made of high-temperature insulating structural material, for example, technical ceramics DEGUSSIT AL23. Contacts on two opposite planes of a diamond plate with a large area are made of gold and applied, for example, by vacuum deposition, and the thickness of each contact should be 30 nm. In addition, introduce an alpha source, for example, Am 241 with an activity of 500 Bq and a getter, with the alpha source rigidly fixed under the cover of the inner shielding case, and the getter rigidly fixed on the inner surface of the outer shielding case. In addition, introduce a tube through which the diamond detector is evacuated, and then pressure the tube. Apply a gold coating to the current leads and the spring, for example, by vacuum spraying. All parts of the diamond detector are made of non-magnetic materials, and the outer shielding housing is made of non-magnetic material that is operable in aggressive environments, for example, stainless steel.
На фиг.1 представлен общий вид алмазного детектора, на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1, на фиг.5 - узел оправки с алмазной пластиной и токовводами, на фиг.6 - вид по стрелке Г на фиг.5, на фиг.7 - алмазная пластина с контактами.Figure 1 presents a General view of the diamond detector, figure 2 is a view along arrow A in figure 1, figure 3 is a section bB in figure 1, figure 4 is a section bb in figure 1. 1, FIG. 5 - mandrel assembly with a diamond plate and current leads, FIG. 6 is a view along arrow D in FIG. 5, and FIG. 7 is a diamond plate with contacts.
Алмазный детектор содержит чувствительный к ядерному излучению элемент, выполненный в виде алмазной пластины 1 с первым контактом 2 и вторым контактом 3 из золота, нанесенными, например, методом вакуумного напыления на двух противоположных плоскостях алмазной пластины 1, имеющих большую площадь, причем толщина каждого контакта составляет 30 нм. Алмазная пластина 1 размещена в оправке 4 из высокотемпературного изоляционного материала, например, сапфира с отверстием, размеры которого соответствуют размерам алмазной пластины 1. Фиксация алмазной пластины 1 в оправке 4 достигается с помощью пружины 5, выполненной в виде гроверной шайбы, первого токоввода 6 и второго токоввода 7, которые в свою очередь крепятся к оправке 4 с помощью крепежных деталей 8. Первый токоввод 6 и второй токоввод 7 выполнены в виде плоских пружин и также как пружина 5 изготовляются из немагнитного материала, обладающего пружинными свойствами, например, бериллиевой бронзы. Первый токоввод 6, второй токоввод 7 и пружина 5 позолочены, например, методом вакуумного напыления. Первый токоввод 6 и второй токоввод 7 имеют в центре отверстие с меньшими размерами по сравнению с размерами алмазной пластины 1 и размерами отверстия в центре оправки 4. При сборке узла оправки 4 с алмазной пластиной 1 центры отверстий первого токоввода 6, второго токоввода 7, центрального отверстия оправки 4 и пружины 5 совпадают. Первый контакт 2 на алмазной пластине 1 соединен с первым токовводом 6 с помощью проволочек 9 и 10, которые привариваются, соответственно, к контакту 2 и токовводу 6 посредством, например, ультразвуковой микросварки. Аналогично второй контакт 3 соединен со вторым токовводом 7 с помощью проволочек 11 и 12. Проволочки 9, 10, 11 и 12 изготавливают из пластичного, немагнитного материала с высокой электропроводностью и температурой плавления, например, золота. Первый токоввод 6 подсоединяется к центральному проводнику 13 с помощью крепежных деталей 14, а второй токоввод 7 к первому внутреннему цилиндру 15 с помощью крепежных деталей 16. Центральный проводник 13 изолируется от первого внутреннего цилиндра 15 первой керамической вставкой 17 и фиксируется с помощью керамической гайки 18. В отверстие, находящееся на оси центрального проводника 13, вставляется и запаивается центральный проводник триаксиальной линии связи, соединяющей алмазный детектор с усилителем и регистрирующей аппаратурой. На первый внутренний цилиндр 15 надевается второй внутренний цилиндр 19, в который ввинчивается первая крышка 20. К первой крышке 20 прикреплены стойки 21 и вторая керамическая вставка 22, а также приварен третий внутренний цилиндр 23. Противоположным концом третий внутренний цилиндр 23 приварен к внутреннему экрану триаксиальной линии связи. Первый внутренний цилиндр 15 закрыт второй крышкой 24, под которой жестко закреплен альфа источник 25, например, Am241 с активностью 500 Бк. Первая 20 и вторая 24 крышки, первый 15, второй 19 и третий 23 внутренние цилиндры образуют внутренний экранирующий корпус алмазного детектора, все детали которого изготовлены из немагнитного материала с высокой электропроводностью, например, электротехнической меди. На наружной поверхности второй крышки 24 сделаны пазы, в которые вставлены по плотной посадке изолирующие третьи керамические вставки 26. Первая 17, вторая 22, третьи 26 вставки и гайка 18 изготовляются из высокотемпературного изоляционного конструкционного материала, например, технической керамики DEGUSSIT AL23. Внутренний экранирующий корпус алмазного детектора с третьими керамическими вставками 26 помещен в первый наружный цилиндр 27, к которому приварена третья крышка 28. К третьей крышке 28 приварен второй наружный цилиндр 29. Противоположным концом второй наружный цилиндр 29 приварен к наружному экрану триаксиальной линии связи. Первый 27, второй 29 наружные цилиндры и третья крышка 28 образуют наружный экранирующий корпус алмазного детектора, все детали которого изготовлены из немагнитного электропроводящего материала, работоспособного в агрессивных средах, например, нержавеющей стали. На внутренней поверхности первого наружного цилиндра 27 жестко закреплен геттер 30. Через трубку 31 алмазный детектор вакуумируется, после чего она опрессовывается.The diamond detector contains a nuclear radiation sensitive element made in the form of a
Алмазный детектор устанавливают на пути регистрируемого ядерного излучения, и прикладывают с помощью триаксиальной линии связи напряжение в диапазоне (50-400) B от внешнего источника питания ко второму контакту 3 на алмазной пластине 1, а с первого контакта 2 снимают сигналы, обусловленные падающим ядерным излучением. Наружный экранирующий корпус алмазного детектора заземляют. При прохождении регистрируемого ядерного излучения через алмазную пластину 1 в ней возникают импульсы тока, обусловленные ионизацией. Эти импульсы образуют во внешней цепи импульсы напряжения, которые усиливаются и регистрируются известной аппаратурой. Альфа источник 25, например, Am241 с активностью 500 Бк используют для калибровки и онлайн тестирования алмазного детектора.A diamond detector is installed in the path of the detected nuclear radiation, and using a triaxial communication line, a voltage in the range (50-400) B from the external power source to the
Как показали эксперименты, алмазный детектор стабильно работает без потери качества измерений при температуре до 250°C. Конструкции корпуса и токовводов алмазного детектора обеспечивают необходимую помехозащищенность и полосу пропускания для сигналов, поступающих с его чувствительного элемента к регистрирующей аппаратуре, находящейся на расстоянии 30 м. Это расширяет область применения и повышает надежность по сравнению с прототипом при использовании алмазного детектора в современных токамаках и в установках, которые будут созданы в будущем.As experiments have shown, a diamond detector works stably without loss of measurement quality at temperatures up to 250 ° C. The design of the housing and current leads of the diamond detector provides the necessary noise immunity and bandwidth for signals coming from its sensitive element to the recording equipment located at a distance of 30 m. This expands the scope and increases reliability compared to the prototype when using the diamond detector in modern tokamaks and in installations that will be created in the future.
Приведем один из конкретных примеров алмазного детектора. Размеры алмазной пластины - 4.5×4.5×0.5 мм, габаритные размеры корпуса - ⌀49×94 мм. Альфа источник обеспечивает загрузку детектора на уровне 10-50 импульсов/с. Рабочая температура до 250°C,Here is one specific example of a diamond detector. The dimensions of the diamond plate are 4.5 × 4.5 × 0.5 mm, and the overall dimensions of the case are ⌀49 × 94 mm. Alpha source provides loading of the detector at the level of 10-50 pulses / s. Operating temperature up to 250 ° C,
Источники использованной информацииSources of information used
1. Колеватов Ю.И., Семенов В.П., Трыков Л.А. Спектрометрия нейтронов и гамма-излучения в радиационной физике, М.: Энергоатомиздат. - 1990.1. Kolevatov Yu.I., Semenov V.P., Trykov L.A. Spectrometry of neutrons and gamma radiation in radiation physics, M .: Energoatomizdat. - 1990.
2. Козлов С.Ф. Датчик для измерения удельных потерь энергии ядерных излучений. Авторское свидетельство СССР №451972. М.Кл. СКИТ 1/16. Бюл. №44. Опубл. 14.04.75.2. Kozlov S.F. Sensor for measuring the specific energy loss of nuclear radiation. USSR copyright certificate No. 451972. M.C.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012157933/28A RU2522772C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Diamond detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012157933/28A RU2522772C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Diamond detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012157933A RU2012157933A (en) | 2014-07-20 |
RU2522772C1 true RU2522772C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51214880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012157933/28A RU2522772C1 (en) | 2012-12-27 | 2012-12-27 | Diamond detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2522772C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2640320C1 (en) * | 2017-02-09 | 2017-12-27 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | Method of pulse ionising radiation registration |
RU189681U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-05-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Monolithic diamond ΔE-E detector |
RU2789208C2 (en) * | 2020-12-28 | 2023-01-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Акционерное общество "Наука и инновации" | Sealed diamond detector for neutron spectrometry, including in water phantom |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07113870A (en) * | 1993-10-18 | 1995-05-02 | Kobe Steel Ltd | Diamond radiation detector |
RU2229731C1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" | Diamond detector of ionizing radiations |
US6952016B2 (en) * | 2000-03-15 | 2005-10-04 | Andrew John Whitehead | Diamond radiation detector |
RU2341782C2 (en) * | 2006-12-20 | 2008-12-20 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Diamond detector |
-
2012
- 2012-12-27 RU RU2012157933/28A patent/RU2522772C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07113870A (en) * | 1993-10-18 | 1995-05-02 | Kobe Steel Ltd | Diamond radiation detector |
US6952016B2 (en) * | 2000-03-15 | 2005-10-04 | Andrew John Whitehead | Diamond radiation detector |
RU2229731C1 (en) * | 2002-10-07 | 2004-05-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" | Diamond detector of ionizing radiations |
RU2341782C2 (en) * | 2006-12-20 | 2008-12-20 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Diamond detector |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2640320C1 (en) * | 2017-02-09 | 2017-12-27 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | Method of pulse ionising radiation registration |
RU189681U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-05-30 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Monolithic diamond ΔE-E detector |
RU2789208C2 (en) * | 2020-12-28 | 2023-01-31 | Российская Федерация, от имени которой выступает Акционерное общество "Наука и инновации" | Sealed diamond detector for neutron spectrometry, including in water phantom |
RU2797867C1 (en) * | 2022-01-27 | 2023-06-09 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Diamond detector-based diamond detector recognition system for fluxes of corpuscular radiation for laser fusion time-of-flight spectrometry |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012157933A (en) | 2014-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101526622B (en) | Detector device used for radiation monitoring | |
RU2522772C1 (en) | Diamond detector | |
CN103837753A (en) | Insulator surface electric charge online measuring probe and measuring method thereof | |
CN203732638U (en) | On-line measurement probe of insulator surface charge | |
US3784909A (en) | Picosecond beam monitor | |
CN105866820B (en) | A kind of mesh electrode diamond X-ray measuring instrument | |
US20100012851A1 (en) | Multi-Anode Ionization Chamber | |
CN108645533A (en) | GIS contact temperatures monitoring system based on surface acoustic wave techniques and monitoring method | |
JP2013124899A (en) | Neutron detector | |
CN109011212A (en) | Wide for medical accelerator can atmospheric air ionisation chamber | |
KR101741245B1 (en) | NEUTRON DETECTION MATERIAL AND DETECTOR UTILIZING SmB6 | |
US20220390630A1 (en) | Self-powered excore detector arrangement for measuring flux of a nuclear reactor core | |
RU2384913C1 (en) | Ionisation chamber for nuclear reactor control and protection system | |
CN103871821A (en) | Ion signal leading-out and sealing device of ion mobility spectrometry | |
KR102409462B1 (en) | Bias gamma-ray detector for irradiation test | |
EP1952420B1 (en) | Ionization device, measurement chain for measuring the activity of a gas emitting beta-radiation and method of employing this device | |
JP2016213082A (en) | Ionization chamber device | |
US4139724A (en) | Ceramic end seal design for high temperature high voltage nuclear instrumentation cables | |
JP4952729B2 (en) | Neutron detector structure | |
JP5512872B1 (en) | Particle detector | |
US3704371A (en) | Radiation detection for soft x-rays | |
RU2549177C1 (en) | Apparatus for detecting nuclear radiations for control and protection systems of "ionisation chamber suspension" nuclear reactors | |
JP2013040779A (en) | Radiation detector | |
KR102470877B1 (en) | Detector irradiated with nuclear particles | |
CN110988975B (en) | MV-level voltage peak value measuring probe and manufacturing method thereof |