RU2640320C1 - Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения - Google Patents
Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2640320C1 RU2640320C1 RU2017104371A RU2017104371A RU2640320C1 RU 2640320 C1 RU2640320 C1 RU 2640320C1 RU 2017104371 A RU2017104371 A RU 2017104371A RU 2017104371 A RU2017104371 A RU 2017104371A RU 2640320 C1 RU2640320 C1 RU 2640320C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- coaxial cable
- radiation
- ionizing radiation
- contact
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
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
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)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области атомной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений. Сущность изобретения заключается в том, что способ регистрации импульсного ионизирующего излучения дополнительно содержит этапы, на которых в качестве чувствительного элемента применяют пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ), первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют. Технический результат – повышение достоверности измерений больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2, упрощение схемы измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области атомной физики и может быть использовано для регистрации ионизирующих излучений, например для регистрации мощных потоков рентгеновского излучения в экспериментальных исследованиях. Предложено и применяются множество различных способов измерений параметров излучений [1], в большинстве случаев основанных на эффекте ионизации атомов под действием излучения. Исследования в области инерциального термоядерного синтеза поставили новые диагностические задачи [2], в частности разработки метода регистрации электромагнитного излучения плазмы, удовлетворяющего следующим основным требованиям:
1) рабочий диапазон измерений должен находиться в области энергий квантов (25-10000) эВ;
2) разрешение во времени не должно превышать 1 нс;
3) диапазон чувствительности должен находиться выше уровня мощности потока излучения I~1 МВт/см2.
Обычно для регистрации интенсивности импульсного рентгеновского излучения используются твердотельные полупроводниковые детекторы, чувствительность которых определяется затратой энергии ΔЕ, необходимой для образования пары носителей заряда. Детекторы, основанные на кремнии, требуют ΔЕ~3 эВ, основанные на алмазе - ΔЕ~13 эВ. Анализ показывает, что в исследованиях по инерциальному термоядерному синтезу для регистрации излучения в рабочем диапазоне чувствительности требуется удаление детектора (даже алмазного) в вакууме на расстояние нескольких десятков метров от источника излучения, что достаточно дорого и не всегда выполнимо в реальных условиях. Применение фильтров, ослабляющих интенсивность падающего излучения, одновременно искажает его спектральный состав, что не позволяет идентифицировать процессы, протекающие в термоядерной мишени.
Известен способ регистрации импульсного ионизирующего излучения [3], когда чувствительный к ионизирующему излучению элемент выполнен в виде пластины из алмаза с первым контактом и вторым контактом из золота, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющих большую площадь, причем толщина каждого контакта (30 нм) делает его прозрачным для ионизирующего излучения. Детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению и прикладывают с помощью триаксиальной линии связи напряжение в диапазоне (50-400) В от внешнего источника питания ко второму контакту на алмазной пластине, а с первого контакта снимают сигналы, обусловленные ионизирующим излучением. Наружный экранирующий корпус алмазного детектора заземляют. При прохождении регистрируемого ионизирующего излучения через алмазную пластину в ней возникают импульсы тока, обусловленные ионизацией. Эти импульсы образуют во внешней цепи импульсы напряжения, которые регистрируются аппаратурой.
Недостатками данного способа в экспериментах по инерциальному термоядерному синтезу являются возникновение нелинейных эффектов при регистрации потоков мощного мягкого рентгеновского излучения I>0,5 МВт/см2, относительно большая стоимость и сложность технологии обработки чувствительного элемента (алмаза), а также необходимость в источнике питания детектора.
Техническим результатом данного изобретения является возможность достоверных измерений больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2 при упрощении схемы измерений и снижении ее стоимости.
Для достижения указанного технического результата в известном способе регистрации импульсного ионизирующего излучения, при котором в процессе измерения электрического сигнала, возникающего под действием излучения в твердом чувствительном к излучению элементе, который выполнен в виде диэлектрической пластины с первым и вторым контактами из металла, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющих 
площадь, причем толщина первого контакта делает его прозрачным для ионизирующего излучения, детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению, электрический сигнал транслируют с помощью помехозащищенного кабеля к регистрирующей аппаратуре, предложено в качестве чувствительного элемента применять пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ). Первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу. Один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют.
Предлагаемый способ регистрации импульсного ионизирующего излучения основан на новом физическом эффекте генерации ЭДС (электродвижущая сила) в контакте изолятор - металл под действием мегаваттного потока рентгеновского излучения [4], обнаруженном в ходе исследований на термоядерной установке Ангара-5-1. Источником излучения (полная пиковая мощность до 1013 Вт) служила плазма мегаамперного Z-пинча. Основными особенностями предлагаемого способа регистрации импульсного ионизирующего излучения являются:
- интенсивность потока излучения, падающего на детектор, может достигать 107 Вт/см2;
- отсутствие внешнего источника питания;
- в качестве чувствительного элемента используются диэлектрики с большой энергетической ценой образования свободных носителей заряда (ΔЕ), например аморфное стекло с ΔЕ~150 эВ.
На чертеже приведена принципиальная схема одного из возможных вариантов реализации способа.
Поток излучения (hν) попадает на сторону пластины с первым контактом 1. Контакт представляет собой тонкий слой металла, например алюминия толщиной 30 нм, нанесенный на стеклянную пластину 2. Потери энергии излучения при прохождении через первый контакт 1 не превышают 5%. Затем происходит поглощение ионизирующего излучения в прилегающем к первому контакту 1 тонком (~1 мкм) слое стекла пластины 2. Образовавшиеся при этом электроны благодаря высокому градиенту плотности за сравнительно короткое время (td<0,1 нс) покидают пограничную с заземленным первым контактом 1 область стеклянной пластины 2. В слое поглощения ионизирующего излучения формируется положительный заряд, а на противоположной стороне пластины 2 (где размещен контакт 3) возникает отклик отрицательного электрического напряжения. Импульс электрического напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу 5, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом 3 чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления 4, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой 5, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления 4 заземляют.
Основные преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом.
1. Линейная область чувствительности расположена в области значительно больших интенсивностей излучения I≈(105÷107) МВт/см2.
2. Чувствительным элементом является дешевый диэлектрик (стекло), поддающийся достаточно простой обработке.
3. Отсутствует необходимость в источнике питания детектора.
Приведем один из конкретных примеров реализации способа.
Первый контакт 1 - Al-покрытие толщиной 30 нм; пластина 2 (чувствительный элемент) - стекло KU1 толщиной 0,5 мм; контакт 3 - Al-покрытие толщиной 50 нм; нагрузочное сопротивление 4-50 Ом; регистрирующая аппаратура 5 - осциллограф TDS 2024, полоса 200 МГц. При интенсивности I регистрируемого рентгеновского излучения ~2 МВт/см2 между металлизированными плоскостями диэлектрика (стекло KU1) возникает импульсная разность потенциалов ~10 В.
Источники использованной информации
1. Калашникова В.И., Козодаев М.С. Детекторы элементарных частиц. - М.: Наука. 1966.
2. Диагностика плотной плазмы / Под ред. Н.Г. Басова. - М: Наука. 1989.
3. Амосов В.Н., Емельянов А.И., Крисько Н.И., Родионов Н.Б. Алмазный детектор. Патент РФ №2522772 // Изобретения, полезные модели. Официальный бюллетень Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам. - 2014. - №20.
4. Зайцев В.И., Барыков И.А., Карташов А.В., Терентьев О.В., Родионов Н.Б. Радиационно-индуцированный гальванический эффект, наблюдаемый в интерфейсе металл-диэлектрик // Письма в ЖТФ. - 2016. - Т. 42. - Вып. 22. - С. 72-78.
Claims (1)
- Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения, включающий измерение электрического сигнала, возникающего под действием излучения в твердом чувствительном к излучению элементе, который выполнен в виде диэлектрической пластины с первым и вторым контактами из металла, контакты нанесены на двух противоположных плоскостях пластины, имеющихплощадь, причем толщина первого контакта делает его прозрачным для ионизирующего излучения, детектор на базе упомянутого чувствительного к излучению элемента устанавливают на пути регистрируемого ионизирующего излучения таким образом, что сторона пластины с первым контактом ориентирована навстречу ионизирующему излучению, электрический сигнал транслируют с помощью помехозащищенного кабеля к регистрирующей аппаратуре, отличающийся тем, что в качестве чувствительного элемента применяют пластину из диэлектрика с высокой энергетической ценой образования свободных носителей заряда ΔЕ, например стекла KU1 (ΔЕ~150 эВ), первый контакт, находящийся на стороне пластины, ориентированной навстречу ионизирующему излучению, заземляют, а возникающий на противоположной стороне пластины отклик отрицательного напряжения по коаксиальному кабелю транслируют к регистрирующей аппаратуре, например осциллографу, при этом один конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют со вторым контактом чувствительного элемента и первым выводом нагрузочного сопротивления, второй конец центрального проводника коаксиального кабеля соединяют с регистрирующей аппаратурой, а оплетку коаксиального кабеля и второй вывод нагрузочного сопротивления заземляют.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104371A RU2640320C1 (ru) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017104371A RU2640320C1 (ru) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2640320C1 true RU2640320C1 (ru) | 2017-12-27 |
Family
ID=63857361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017104371A RU2640320C1 (ru) | 2017-02-09 | 2017-02-09 | Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2640320C1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999003155A1 (en) * | 1997-07-10 | 1999-01-21 | The Regents Of The University Of Michigan | High-resolution ionization detector and array of such detectors |
| RU2522772C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Алмазный детектор |
| RU2573609C2 (ru) * | 2010-10-07 | 2016-01-20 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ детектирования с помощью электрохимически-ассистируемого детектора альфа-частиц, предназначенный для ядерных измерений в жидкой среде |
-
2017
- 2017-02-09 RU RU2017104371A patent/RU2640320C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999003155A1 (en) * | 1997-07-10 | 1999-01-21 | The Regents Of The University Of Michigan | High-resolution ionization detector and array of such detectors |
| RU2573609C2 (ru) * | 2010-10-07 | 2016-01-20 | Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив | Способ детектирования с помощью электрохимически-ассистируемого детектора альфа-частиц, предназначенный для ядерных измерений в жидкой среде |
| RU2522772C1 (ru) * | 2012-12-27 | 2014-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Алмазный детектор |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Зайцев В.И., Барыков И.А., Карташов А.В., Терентьев О.В., Родионов Н.Б. Радиационно-индуцированный гальванический эффект, наблюдаемый в интерфейсе металл-диэлектрик // Письма в ЖТФ. - 2016 (Поступило в Редакцию 21 июня 2016 г.). - Т. 42. - Вып. 22. - С. 72-78. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5815532B2 (ja) | 放射線検出器によって供給される信号を処理するためのデバイス | |
| Brambilla et al. | CdTe linear pixel X-ray detector with enhanced spectrometric performance for high flux X-ray imaging | |
| EP0180780B1 (en) | Noncontact dynamic tester for integrated circuits | |
| US5821539A (en) | Fast operating radiation detector and method for operating same | |
| Marinelli et al. | Analysis of laser-generated plasma ionizing radiation by synthetic single crystal diamond detectors | |
| Deconihout et al. | Implementation of an optical TAP: preliminary results | |
| De Angelis et al. | High performance diagnostics for Time-Of-Flight and X ray measurements in laser produced plasmas, based on fast diamond detectors | |
| Balovnev et al. | Spectrometry of impulse high-current discharge-plasma X-rays | |
| Artyomov et al. | Temporal response of silicon EUV and soft X-ray detectors | |
| RU2640320C1 (ru) | Способ регистрации импульсного ионизирующего излучения | |
| CN102636804B (zh) | 测量γ/X辐射场强度的方法及电流型半导体探测结构 | |
| RU215606U1 (ru) | Гальванический датчик импульсного рентгеновского излучения | |
| CN112054087B (zh) | 一种石墨烯半导体辐射探测器件及其制备方法 | |
| WO2013165665A1 (en) | Device and method for monitoring x-ray generation | |
| RU2813557C1 (ru) | Позиционно-чувствительный детектор тепловых и холодных нейтронов на основе плоскопараллельной резистивной камеры | |
| US2717964A (en) | Sulfur crystal counter | |
| Meng et al. | High‐time‐resolution imaging of transient discharge processes without fixed triggering | |
| Nedosekin et al. | Review the space radiation CVD diamond multi-layer detector | |
| Castoldi et al. | Laser mapping of the inter-strip response in double sided silicon strip detectors for particle identification | |
| RU91567U1 (ru) | Газовый детектор для регистрации медленных и быстрых нейтронов в условиях интенсивной внешней радиации | |
| KR20100091350A (ko) | 고에너지 레이저 유도 중성자 측정을 위한 펄스잡음을 제거할 수 있는 고감도 중성자 측정장치 | |
| Giacomini et al. | Evaluation of radiation hardness of semiconductor materials against alpha particles for an API detector | |
| CN117388902A (zh) | 一种超高剂量率中高能x射线剂量率探测器及其应用 | |
| Wen et al. | An optimized online filter stack spectrometer | |
| Prokůpek et al. | Experimental test of TOF diagnostics for PW class lasers |