SU1026550A1

SU1026550A1 - Dosimeter

Info

Publication number: SU1026550A1
Application number: SU813310582A
Authority: SU
Inventors: А.Д. Погребняк; Е.И. Розум
Original assignee: Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1981-04-13
Publication date: 1986-04-30

Abstract

1. ДОЗИМЕТР, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пластины из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее OIQSIU SK ;fffOT ifi устройство, отличающийс тем, что, с целью расширени диапазона измен емых поглощенных доз, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиационного изменени модул упругости, отличным от коэффициента радиационного изменени модул упругости монокристалла , а регистрирующее устройство выполнено в виде измерител деформации изгиба. 2. Дозиметр по п. 1, о т л и ч аю щ и и с тем, что, с целью упрощени конструкции дозиметра, чувствительный элёмен одним концом закреплен в корпусе дозиметра, а другой конец св зан со стрелочным устройством-измерителем деформации. Cfd сл ОЛ 1. A DOSIMETER containing a sensitive element made in the form of a plate of a single crystal with a film applied and recording an OIQSIU SK; fffOT ifi device, characterized in that, in order to expand the range of variable absorbed doses, the sensitive element film is made of a material with a radiation coefficient changes in the modulus of elasticity, different from the coefficient of radiation change in the modulus of elasticity of a single crystal, and the recording device is made in the form of a bend strain gauge. 2. The dosimeter according to claim 1, in connection with the fact that, in order to simplify the design of the dosimeter, the sensitive element is fixed at one end to the housing of the dosimeter, and the other end is connected with a switch device measuring the deformation. Cfd SL OL

Description

Изобретение относитс к дозиметри ионизирующего излучени при работе в активных зонах ускорителей и реакторов . The invention relates to ionizing radiation dosimetry when operating in the accelerator and reactor cores.

Известны устройства измерени доз излучений, в которых имеетс чувствительньй элемент (датчик), выполненны из материала (например, сернистого кадми или кадмийселенового сплава), у которого электрическое сопротивление мен етс пропорционально дозе облучени . Чувствительный элемент выполнен в виде зигзагообразных электродов и при облучении мен етс сопротивление, изменение которого фиксируетс измерительным прибором.Radiation dose measurement devices are known in which there is a sensitive element (sensor) made of a material (e.g., cadmium sulphide or cadmium selenium), in which the electrical resistance varies in proportion to the irradiation dose. The sensing element is made in the form of zigzag electrodes and the resistance changes upon irradiation, the change of which is recorded by the measuring device.

Недостатком данного устройства вл етс мала доза измер емого излучени (не более 10 рад, так как при дальнейшем увеличении дозы излучени зависимость сопротивлени от дозы мен етс непропорционально).The disadvantage of this device is a small dose of radiation measured (no more than 10 rad, since with a further increase in the radiation dose, the dependence of the resistance on the dose changes disproportionately).

Известны устройства, которые такж используютс дл измерени малых доз излучени (не более 10 рад) и в которьк чувствительным элементом вл етс плавленный кварц. На плавленный квйрц направл ют поток измер емого излучени . Под действием излучени измен етс цвет пластинки кварца за счет образовани центров окраски. Изменение окраски регистрируют как визуально, так и спектрометром. Эта окраска вл етс индикатором дозы излучени .Devices are known that are also used to measure low doses of radiation (no more than 10 rad) and in which the fused silica is a sensitive element. The flux of measured radiation is directed to the fused quartz. The radiation changes the color of the quartz plate due to the formation of color centers. The color change is recorded both visually and spectrometer. This color is a radiation dose indicator.

Недостатком этого устройства вл етс мала доза измер емого излучени (до Ю рад) при увеличении дозы более 10 рад наблюдаетс насыщение образовани центров окраски.The disadvantage of this device is a small dose of measured radiation (up to 10 rad) with an increase in the dose of more than 10 rad, saturation of the formation of color centers is observed.

Наиболее близким к за вл емому вл етс устройство дл измерени ионизирующего излучени , содержащее (Чувствительный элемент, выполненный в виде пластины .из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее устройство .The closest to the claimed is a device for measuring ionizing radiation, containing (A sensitive element made in the form of a plate. Of a single crystal with a deposited film, and a recording device.

В известном устройстве чувствительный элемент выполнен из« кристалла кремни , покрытого оксидной пленкой . На чувствительный элемент воздействуют потоком ионизирующей радиации , под действием которой поверхность раздела кре-мниевого кристалла и оксидной пленки измен ет свои электрические характеристики, например электрическое сопротивление. Величина такого радиационного изменени пропорциональна поглощенной дозе радиации . Это изменение электрического сопротивлени фиксируют электрической схемой и определ ют величину поглощенной дозы радиации.In the known device, the sensitive element is made of a silicon crystal coated with an oxide film. The sensing element is affected by a flux of ionizing radiation, under the action of which the interface between the silicon crystal and the oxide film changes its electrical characteristics, such as electrical resistance. The magnitude of such a radiation change is proportional to the absorbed dose of radiation. This change in electrical resistance is fixed by an electrical circuit and the value of the absorbed dose of radiation is determined.

После однократного измерени поглощенной дозы излучени производитс восстановление свойств чувствительного элемента путчем отжига наведенных в нем радиационных дефектов.After a single measurement of the absorbed dose of radiation, the properties of the sensing element are restored by putting the annealing of the radiation defects induced in it.

Такой отжиг осуществл ют нагреванием чувствительного элемента до высокой температуры.Such annealing is carried out by heating the sensing element to a high temperature.

К недоста:ткам такого дозиметра относитс небольшой диапазон измер емых поглощенных доз (до 10 рад), измерение только одного вида излучени (у-излучение).The shortage of such a dosimeter includes a small range of measured absorbed doses (up to 10 rad), the measurement of only one type of radiation (g-radiation).

Целью изобретени вл етс расширение диапазона регистрируемыхThe aim of the invention is to expand the range of recorded

0 поглощенных доз до 10 рад.0 absorbed doses up to 10 glad.

Дл достижени поставленной цели . в известном устройстве, содержащем чувствительный элемент в виде пластины из монокристалла с нанесеннойTo achieve the goal. in the known device containing the sensitive element in the form of a plate of a single crystal with a deposited

5 на его поверхность пленкой, регистрирующее .устройство и нагреватель чувствительного элемента, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом рддиа ионного изменени модул упругости, отличным от радиационного изменени модул упругости монокристалла. Регистрирующее устройство выполнено в виде измерител деформации изгиба чувствительного элемента.5 on its surface with a film, registering the device and the heater of the sensing element, the film of the sensing element is made of a material with a coefficient rdd ionic modulus of elasticity different from the radiation modulus of the elasticity of a single crystal. The recording device is made in the form of a strain gauge of bending of the sensitive element.

5 Кроме того,, с целью упрощени конструкции дозиметра, пластина чувствительного элемента одним концом закреплена в корпусе дозиметра, а другой конец св зан со стрелочным устройством - измерителем деформации.5 In addition, in order to simplify the design of the dosimeter, the plate of the sensing element is fixed at one end in the housing of the dosimeter, and the other end is connected with a pointer device - a strain gauge.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 графически показана зависимость разности коэффициентов упругости дл чувствительных элементов из этих материалов от дозы облучени тепловыми нейтронами дл элемента ВеОAl Og; на фиг. 3 - то же, участок дл элемента BeO-GaAs и участок ИFIG. 1 shows the scheme of the proposed device; in fig. Figure 2 graphically shows the dependence of the difference in elasticity coefficients for sensitive elements of these materials on the irradiation dose of thermal neutrons for the element BeOAl Og; in fig. 3 - the same, the plot for the element BeO-GaAs and the plot And

0 дл элемента . Представленные кривые указывают на линейный характер изменени разности коэффициентов упругости от дозы облучени и, следовательно , на линейную зависимость0 for the item. The curves presented indicate the linear nature of the change in the difference between the elasticity coefficients and the radiation dose and, consequently, the linear dependence

5 деформации изгиба от дозы.5 Bending strain on dose.

Дозиметр содержит чувствительный элемент 1, представл ющий собой монокристалл 2 с нанесенной на него пленкой 3. Пластина чувствительного элемента закреплена одним концом в корпусе 4, шкала 5 и стрелка 6 на свободном конце чувствительного эле мента вл ютс измерителем деформаг ции изгиба пластины чувствительного элемента. Нагревателем в данном дозиметре служит источник 7 тока, под ключенный одной клеммой к шкале 5, выполненной из металла, а второй клеммой - непосредственно к пластин чувствительного элемента. Монокристалл выполнен из токопровод щего ма териала и нагревател при прохождении через него тока. Устройство работает следующим образом. Поток ионизирующей радиации падаieT на чувствительный элемент 1 и стимулирует в монокристалле 2 и нанесенной пленке 3 образование да- : фектов. Как известно, под действием ионизирующей радиации в твердьсс телах возникают радиационные нарущени , которые при достаточном количестве ведут к изменению химических, физических , электрических, механических и прочих свойств. В частности, под действием радиации существенно измен ютс упругие свойства твердых тел, т.е. измен етс величина модул упругости и, кроме того, измен етс плотность материала. Величина изменени плотности и модул упругости зависит от материала, вида ионизирующей радиации и величины поглощенной дозы. Чем больше поглощенна доза, тем больше измен етс модуль упругости и плотность материала.ч Таким образом, в чувствительном элементе 1, состо щем из двух жестко соединенный пластин из разных материалов , под действием ионизирующей радиации будут по разному измен тьс геометрические размеры и модули упругости этих пластин. Одна пластина будет раст гиватьс больше, чем втора , в них возникнут упругие напр же ни , в результате чего така пара пластин изогнетс и примет вид части сферической поверхности с радиусом изгиба R f(D, Ku, С,, С, К,), где D - поглощенна доза излучени ; Кц коэффициент , учитывающий различие действи разных видов ионизирующей радиации на механические свойства твердых тел, т.е. на величину уменьшени плотности материала и уменьше50 ни модул упругости; С j и С - моду ли упругости первой и второй пласти- ны; К, - коэффициент, учитывающий геометрические параметры чувствительного элемента. При достаточно большом значении отношени длины J элемента к ширине Н элемент изогнетс практически по дуге радиуса R. Необходимо учесть, что значени модулей упру- гости С и С, вход щие в формулу радиуса изгиба R, также завис т от поглощенной дозы радиации (). Чем больше эквивалентна поглощенна доза (1)К(,), тем больше радиус изгиба чувствительного элемента, и поэтому по величине деформации изгиба чувствительного элемента, возникающей за счет поглощени излучени , можно определить с достаточной точностью . величину поглощенной дозы. Деформацию пластины чувствительного элемента измер ют с помощью стрелки и шкалы 5, проградуированной в единицах поглощенных доз. В известном устройстве (в прототипе ) изменени электрического сопротивлени границь раздела пленкаподложка от поглощенной дозы имеет линейный характер дл доз не выше Ю рад. Изменение же под действием радиации плотности твердых тел и измерени модул упругости имеет линейный характер в значительно большем диапазоне поглощенных доз вплоть до рад. Таким образом, положительный эффект - расширение диапазона измер емых по-глощенных доз - достигаетс в предлагаемом изобретении измерением величины деформации упругого изгиба чувствительного элемента. Подбира материалы дл чувствительного элемента (материалы пленки и кристалла) и их геометрические размеры, можно получить такие чувствительные элементы, с помощью которых можно измер ть поглощенные дозы в широком диапазоне значений (например , от 10 до 10 рад). Увеличение поглощенной дозы свьш1е 10 рад (т.е. 10 , 10 рад и т.д.) приводит к тому, что зависимость величины деформации чувствительного элемента от величины поглощенной дозы становитс непропорциональной или вообще исчезает . Вследствие этого определение поглощенной дозы свьш1е Ю рад становитс или вообще невозможным, или существенно сложным. Нютнее значение поглощенной дозы 10 рад определ The dosimeter contains a sensing element 1, which is a single crystal 2 with a film 3 deposited on it. The sensing element plate is fixed at one end in case 4, the scale 5 and arrow 6 at the free end of the sensing element measure the flexural strain of the sensing element plate. The heater in this dosimeter is a current source 7 connected by a single terminal to a scale 5 made of metal, and the second terminal is directly to the plates of a sensitive element. The single crystal is made of a conductive material and a heater when current passes through it. The device works as follows. The flow of ionizing radiation is not on the sensitive element 1 and stimulates the formation of a yes-: effects in a single crystal 2 and a deposited film 3. As is known, under the action of ionizing radiation, radiation defects occur in solid bodies, which, with a sufficient amount, lead to changes in chemical, physical, electrical, mechanical and other properties. In particular, the action of radiation significantly changes the elastic properties of solids, i.e. the magnitude of the elastic modulus changes and, in addition, the density of the material changes. The magnitude of the change in density and modulus of elasticity depends on the material, type of ionizing radiation and the magnitude of the absorbed dose. The larger the absorbed dose, the more the elastic modulus and density of the material change. Thus, in the sensitive element 1, which consists of two rigidly connected plates of different materials, the ionizing radiation will vary in different ways under the action of ionizing radiation. plates. One plate will stretch more than the second one, elastic stresses will appear in them, as a result of which the pair of plates will be bent and become a part of a spherical surface with a bend radius R f (D, Ku, C, C, K,), where D is the absorbed dose of radiation; Cc coefficient taking into account the difference in the effects of different types of ionizing radiation on the mechanical properties of solids, i.e. by the magnitude of the decrease in the density of the material and reduced 50 neither the elastic modulus; С j and С are the elastic moduli of the first and second plates; K, - coefficient taking into account the geometric parameters of the sensitive element. If the ratio of the length J of the element to the width H is sufficiently large, the element is bent almost along the arc of radius R. It must be taken into account that the values of the elastic moduli C and C included in the bend radius formula R also depend on the absorbed radiation dose (). The more equivalent the absorbed dose (1) K (,), the greater the bending radius of the sensitive element, and therefore the magnitude of the bending deformation of the sensitive element resulting from the absorption of radiation can be determined with sufficient accuracy. amount of absorbed dose. The deformation of the sensitive element plate is measured with an arrow and a scale 5, graduated in units of absorbed doses. In the known device (in the prototype) changes in the electrical resistance of the interface between the film and the absorbed dose is linear for doses not higher than 10 rad. The change under the effect of radiation from the density of solids and the measurement of the modulus of elasticity is linear in a much larger range of absorbed doses up to rad. Thus, a positive effect — an extension of the range of measured absorbed doses — is achieved in the present invention by measuring the magnitude of the deformation of the elastic bend of the sensitive element. By selecting materials for the sensitive element (film and crystal materials) and their geometrical dimensions, such sensitive elements can be obtained with which you can measure the absorbed doses in a wide range of values (for example, from 10 to 10 rad). An increase in the absorbed dose of over 10 rad (i.e. 10, 10 rad, etc.) leads to the fact that the dependence of the deformation value of the sensitive element on the magnitude of the absorbed dose becomes disproportionate or disappears altogether. As a result, the determination of the absorbed dose of the overwhelming patient becomes either impossible at all or substantially difficult. The nightly value of the absorbed dose of 10 rad is determined

Claims

1. DOSIMETER containing a sensitive element made in the form of a single-crystal plate with a film deposited and a recording device, characterized in that, in order to expand the range of variable absorbed doses, the film of the sensitive element is made of a material with a coefficient of radiation change in the elastic modulus, different from the coefficient of radiation change in the elastic modulus of the single crystal, and the recording device is made in the form of a bending strain meter.

2. The dosimeter according to claim ^, characterized in that, in order to simplify the design of the dosimeter, the sensitive element is fixed at one end in the dosimeter body and the other end is connected to a pointer device of the deformation meter.

pppp

1 1026550