Изобретение относится к области измерения удельной активности при наличии других радиоактивных веществ, например естественной радиоактивности в воздухе или жидкости, такой как сточные воды ядерных реакторов.The invention relates to the field of measuring specific activity in the presence of other radioactive substances, for example, natural radioactivity in air or liquid, such as waste water from nuclear reactors.
Известна конструкция детектора для измерения радиоактивности, в частности альфа-радиоактивности, в жидких средах, в которой для защиты от измеряемой среды чувствительный элемент покрыт первым электродом, изготовленным из химически стойкого к воздействию среды вещества и обладающего проводимостью, например легированного бором алмаза.A known detector design for measuring radioactivity, in particular alpha-radioactivity, in liquid media, in which, to protect against the medium being measured, the sensitive element is coated with a first electrode made of a substance chemically resistant to the medium and having conductivity, for example, doped with boron diamond.
(RU 2573609, G01T 1/178, опубликован 20.01.2016)(RU 2573609, G01T 1/178, published 01/20/2016)
Недостатком такой конструкции, особенно при измерении альфа-радиоактивности, является то, что первый электрод может поглощать значительную часть падающих из среды частиц, что ухудшает разрешение энергетического спектра частиц и снижает чувствительность детектора. Кроме того, в рассматриваемом детекторе один из электродов находится в непосредственном контакте с химически агрессивной средой, наличие которой может существенно усложнить конструкцию детектора и снизить его надежность.The disadvantage of this design, especially when measuring alpha radioactivity, is that the first electrode can absorb a significant part of the particles incident from the medium, which impairs the resolution of the energy spectrum of the particles and reduces the sensitivity of the detector. In addition, in the detector under consideration, one of the electrodes is in direct contact with a chemically aggressive medium, the presence of which can significantly complicate the design of the detector and reduce its reliability.
Задачей и техническим результатом данного изобретения является увеличение чувствительности детектора, особенно к альфа-излучению, расширение диапазона регистрируемых детектором частиц и упрощение конструкции детектора.The objective and technical result of this invention is to increase the sensitivity of the detector, especially to alpha radiation, expanding the range of particles recorded by the detector and simplifying the design of the detector.
Технический результат достигается тем, что чувствительным элементом является алмазная пластина, изготовленная из нелегированного алмаза типа IIа. Чувствительный элемент запрессовывается в корпус детектора таким образом, чтобы одна из его плоских граней была обращена к измеряемой среде, а другая находилась внутри детектора, как это показано на фиг. 1, где 1 - измеряемая среда, корпус детектора, 3 - чувствительный элемент.The technical result is achieved in that the sensitive element is a diamond plate made of undoped diamond type IIa. The sensor element is pressed into the detector body so that one of its flat faces faces the medium being measured and the other is inside the detector, as shown in FIG. 1, where 1 is the measured medium, the detector body, 3 is the sensitive element.
Со стороны грани, обращенной внутрь детектора, в алмазной пластине формируется трехмерный массив заглубленных графитовых электродов, состоящий из двух частей, между которыми создается разность потенциалов. На фиг. 2 слева приведена схема такого массива, а справа - изображение массива на алмазной пластине на грани, обращенной внутрь корпуса детектора; синим и красным цветами выделены две части массива, между которыми создается разность потенциалов.On the side of the face facing the inside of the detector, a three-dimensional array of buried graphite electrodes is formed in the diamond plate, consisting of two parts, between which a potential difference is created. In FIG. 2 on the left is a diagram of such an array, and on the right is an image of the array on a diamond plate on the face facing the inside of the detector body; two parts of the array are highlighted in blue and red, between which a potential difference is created.
При подаче напряжения на части массива в пространстве между электродами возникает электрическое поле, которое будет осуществлять разделение электронно-дырочных пар, образующихся при облучении алмазной пластины ионизирующим излучением, в частности альфа частицами. Протекающие при этом через электроды токи регистрируются специальной электронной аппаратурой. Были проведены расчеты электрических полей, возникающих на грани, обращенной к измеряемой среде, при практически достижимых параметрах приложенного напряжения и алмазных пластин со сформированными на них массивами электродов, которые показали, что величины этих полей вполне достаточны для уверенного собирания зарядов с приповерхностной области чувствительного элемента.When voltage is applied to parts of the array in the space between the electrodes, an electric field arises that will separate the electron-hole pairs generated by irradiating the diamond plate with ionizing radiation, in particular alpha particles. The currents flowing through the electrodes are recorded by special electronic equipment. Calculations were made of the electric fields arising on the face facing the medium being measured at practically attainable parameters of the applied voltage and diamond plates with the arrays of electrodes formed on them, which showed that the values of these fields are quite sufficient for confident collection of charges from the surface region of the sensitive element.
Слой алмаза, отделяющий графитовые электроды от измеряемой среды, служит как чувствительным элементом, так и защитным слоем для этих электродов. Его малая толщина в сочетании с высоким электрическим качеством алмаза и большой величиной электрического поля на поверхности, обращенной к измеряемой среде, позволяет достичь практического полного собирания образующихся в нем под действием внешней радиоактивности электронно-дырочных пар.The diamond layer separating the graphite electrodes from the medium being measured serves as both a sensitive element and a protective layer for these electrodes. Its small thickness, combined with high electric quality of diamond and a large electric field on the surface facing the medium to be measured, makes it possible to achieve practically complete collection of electron-hole pairs formed in it under the influence of external radioactivity.
Из представленного описания следует, что описанная конструкция чувствительного элемента обеспечивает существенное уменьшение энергетических потерь регистрируемых частиц в области низких энергий и значительно увеличивает чувствительность детектора.From the presented description it follows that the described design of the sensitive element provides a significant reduction in the energy loss of the detected particles in the low-energy region and significantly increases the sensitivity of the detector.
