SU451972A1

SU451972A1 - A sensor for measuring the specific energy loss of nuclear radiation

Info

Publication number: SU451972A1
Application number: SU1273640A
Authority: SU
Inventors: Станислав Федорович Козлов
Original assignee: Физический институт им.П.Н.Лебедева
Priority date: 1968-09-27
Filing date: 1968-09-27
Publication date: 1974-11-30
Also published as: BE739521A; ZA696783B; JPS5025830B1; DE1949138B2; DE1967056A1; FR2019503B1; FR2019503A1; DE1949138A1; GB1260321A

Description

(54) ДАТЧИК дл ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ р ть удельные потери энергии cLB/(i)( с хорошим энергетическим разрешением и регистрировать дерные излучени с высо кой эффективностью на фоне интенсивных потоков - излучени . Предлагаемьгй датчик дл измерени удельных потерь энергии дерных излуч&НИИ , содержащий чувствительный к дерному излучению элемент в виде алмазного детектора с запорным и инжектируюпшм контактами и корпус с оконным отверстием расположенным со стороны запорного контакта , отличаетс от известных устройств тем, что запорный и инжектирующий контакты алмазногх) детектора выполнены в виде слоев из материала с малым атомным номером, прозрачных дл падающего дерного излучени , а уолщина расположенной между ними рабочей области алмазного детектора меньше длины пробега падающег дерного излучени , причем корпус имеет дополнительное оконное отверстие, располо женное со стороны инжектирующего контакта . Дл увеличени детектирующей площади датчика егр чувствительный элемент може быть вьшолнен в виде мозаики из алмазны детекторов дерных излучений с прозрачными дл падающего дерного излучени запорным и инжектирующим контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего дерного излучени . Предлагаемый датчик имеет малую емкость , содержит в качестве чувстви7ель но го элемента специально приготовжнный очень тонкий алмазный детектор /см.выще который обладает при комнатной температуре пренебрежимо малыми токовыми и тепловыми шумами из-за высокого удел НО1ХЭ сопротивлени детектора и большой ширины запрещенной зоны алмаза, имеет входное и выходное окш незначительной толщины, а также низкую чувствительност к фону У излучени и обеспечивает высокие - и з - отношени . Кроме тогхэ, позвол ет измер ть удельные потери эиергии хорошим энергетическим разреиюнием. На фиг, ((.)казан разрез металлического да1чика с трем выводами, содержаще о в качес1-ве чувствительного элемент алмагл1ый детектор де})11ых излучений с ,Л 1ачи}.1ми пл иадаюшето дернсло iKiJiy чркр. чаппрнмм н инжектирующим контактами и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меньшей длины пробега падающего дерного излучени в двух проекци х (виды спереди и сверху) ; на фиг .2 - разрез неметаллического датчика с двум выводами также в двух прюекди х (и виды спереди и сверху). Предлагаемый датчик вьшолнен в виде металлического корпуса 1 (фиг.1) с оконным отверстием 2. Основным элементом датчика 51вл етс алмазный детектор 3 дерных излучений с прозрачными дл падающего дерного излучени запорным 4 и инжектирующим 5 контактами из материалов с малым атомным номером и с толщиной расположенной между ними рабочей области, меныией длины пробега реги- стрируемого дерного излучени , падающего на алмазный детектор со стороны запорного контакта 4. Дл креплени алмазного детектора служат две аналогичные тонкие изолирующие прокладки 6, изготовленные из цолиэтилена или фторопласта /тефлона/; и ввинчивающа с в корпус 1 металлическа гайка 7. В прокладках и гайке сделаны оконные отверсти 8, аналогичные и соосные отверстию 2 в корпусе 1. Корпус имеет два раздельных металлических вьшода 9 и 1О, изолированных с помо1цью соответствующего уплотнени металл-изол тор (в некоторых случа х оба вьшода могут проходить через одно уплотнение, изолирующее их друг от друга и от корпуса). Изолированный вьшод 9 соединен приваренной или припа нной к нему проволочкой 11с контак том 5 детектора 3 и служит дл прилож&нин напр жени к этому детектору, а изолированный вьшод 12 соединен приваренной к нему проволочкой 13 с контактом 4 и служит дл сн ти сиг налов с детектора, обусловленных падающим дерным излучением. Соединени проволочек с соответствующими контактами алмазного детектора осуществл ютс , например, при помоши аквадага или серебр ной пасты с их последующей термообработкой . Дл заземлени датчика служит приваренный к корпусу неизолированный вьшод 1О. Конструкцию датчика MOytuio упростить, если изготовить его корпус 1 с одним неизолированным вьшодом, соединенным приваренной к ному нроволочкой с ным контактом 4 указанного допжшра и предназначенным дл замыкани элекчричегкой пени ннтани детектора 3, а(54) SENSOR FOR MEASURING SPECIFIC ENERGY LOSSES p specific energy loss cLB / (i) (with a good energy resolution and register spherical radiation with high efficiency against the background of intense fluxes - radiation. The proposed sensor for measuring the specific energy loss of nuclear radiation & nII containing a nuclear-sensitive element in the form of a diamond detector with shut-off and injected contacts and a housing with a window opening located on the side of the shut-off contact, differs from known devices in that The shut-off and injecting contacts of the diamond detector are made in the form of layers of material with a small atomic number, transparent to the incident nuclear radiation, and the thickness of the detector’s working area located between them is less than the incident nuclear radiation path, and the body has an additional window opening located from the side of the injecting contact. To increase the detection area of the sensor Epp, the sensitive element can be made in the form of a diamond mosaic of nuclear radiation detectors with shut-off and injection contacts transparent from the nucleus radiation from the materials with a small atomic number and with the working region thickness between them smaller than the range of the incident nucleus radiation . The proposed sensor has a small capacity, contains as a sensitive element a specially prepared very thin diamond detector (see above) which has negligible current and thermal noise at room temperature due to the high NO1HE resistance of the detector and the large width of the forbidden zone of diamond, The input and output high thicknesses, as well as low sensitivity to the background radiation, provide high - and g - ratios. In addition to this, it allows to measure the specific energy loss by good energy reduction. In FIG, ((.) The cauldron is a section of a metal detector with three leads, containing an almagly detector de}) as the sensitive element of the 11th radiation with, L 1achi} .1 mi and a similar squirrel of the iKiJiy chrcr. chapprnm injecting contacts and with the thickness of the working area between them, shorter than the mean path of the incident nuclear radiation in two projections (front and top views); FIG. 2 shows a section of a non-metallic sensor with two terminals, also in two directions (and front and top views). The proposed sensor is made in the form of a metal case 1 (Fig. 1) with a window opening 2. The main element of the sensor 51 is a diamond detector of 3 nuclear radiation with transparent for incident nuclear radiation shut-off 4 and injecting 5 contacts from materials with a small atomic number and thickness located between them is the working area, the menenia of the path length of the detected nuclear radiation incident on the diamond detector from the side of the shut-off contact 4. Two similar thin insulators serve to mount the diamond detector Cushioned pads 6 made of polyethylene or fluoroplastic / Teflon /; and screwing the metal nut 7 into the housing 1. The gaskets and the nut have window openings 8, similar and coaxial to the opening 2 in the housing 1. The housing has two separate metal outlets 9 and 1O, insulated with a suitable metal-insulator seal (in some In these cases, both outputs can pass through one seal, isolating them from each other and from the body). The isolated output 9 is connected by a wire 11 connected by a contact 5 of the detector 3 and welded or attached to it by a wire and is used to apply a voltage to this detector, while the isolated output 12 is connected by a wire 13 welded to it with contact 4 and serves to remove the signals from detector due to incident nuclear radiation. The connections of wires with the corresponding contacts of the diamond detector are carried out, for example, with the help of aquadag or silver paste with their subsequent heat treatment. To ground the sensor, an uninsulated ISO welded to the housing is used. To simplify the design of the MOytuio sensor, if its case 1 is made with one uninsulated device connected by a welded wire with contact 4, the specified additional section is designed to close the electrofan detector 3 of the detector 3, and

также дл заземлени прибора и с одним изолированным выводом, соединенным приваренной к нему проволочкой с инжектрующим 1 онтактом 5 детектора и предназначенным дл приложени напр жени к детектору и сн ти с него сигналов,also for earthing the device and with one insulated output connected by a wire welded to it with an injection 1 ont 5 of the detector and intended to apply voltage to the detector and to remove signals from it,

обусловленных падающим дерным излучением ,.due to incident nuclear radiation,.

Одним из преимуществ рассмотренных датчиков вл етс то, что в случае необходимости , например в экспериментах по идентификации дерных излучений, в корпус 1 можно вставить еще один детектор полного поглощени и получить систему из -счетчиков.One of the advantages of the sensors considered is that, if necessary, for example, in experiments on the identification of nuclear radiations, another full absorption detector can be inserted into the housing 1 and a system can be obtained from the counters.

Датчик на фиг.2 проще в изготовлении по сравнению с описанным выше, так как он выполнен в виде неметаллического корпуса 1, изготовленного, например, из пластмассы и не требует применени The sensor in Fig. 2 is simpler to manufacture as compared to that described above, since it is made in the form of a non-metallic body 1 made, for example, of plastic and does not require the use of

изолированных вьшодов. Пн прохода регистрируемого дерного излучени в корпусе имеетс оконное отверстие 2. Основным элементом датчика вл етс алмазный детектор 3 дерных излучений с прозрач- ными дл падающего дерного излучени запорным 4 и инжектирующим 5 контактами , изготовленными из материалов с малым атомным номером. Толщина рабочей области детектора меньше длины пробега падающего дерного излучени . Алмазный детектор прижимаетс к корпус ввинчивающейс в него неметаллической гайкой 14, изготовленной, например, из пластмассы и имеющей оконное отверстие 15, аналогичное и соосное отверстию 2 в корпусе. В Некоторых случа х дл предохранени контакта 5 от разрушени при ввинчивании гайки 14 между ними помещают шайбу (на чертеже не показано). Корпус имеет два вьшода 16 и 17. Вывод 16 (соединен приваренной к нему проволочкой 18 с контактом 5 указанного детектора и служит дл приложени к нем напр жени . Вьшод 17 соединен привареньой к нему проволочкой 19 с контактом 4 детектора и предназ11гнен дл сн ти с него сигналов, обусловленных падающим дерным излучением. Недостатком датчика такого типа вл етс то, что приходитс либо экранировать его корпус от падающего дерного излучени , либо отводить на землю возникающие на корпусе зар ды с помощькз соответствующих прнспособлений. isolated exits. The casing of the detected nuclear radiation in the housing has a window opening 2. The main element of the sensor is a diamond detector of 3 nuclear radiation with shut-off radiation transparent for incident nuclear radiation and 4 and injecting 5 contacts made of materials with a small atomic number. The thickness of the detector working area is less than the mean path length of the incident radiation. The diamond detector is pressed against the housing with a non-metallic nut 14 screwed into it, made, for example, of plastic and having a window opening 15, similar to and aligned with the opening 2 in the housing. In some cases, to prevent the contact 5 from being destroyed when the nut 14 is screwed in, a washer is placed between them (not shown). The housing has two outputs 16 and 17. Conclusion 16 (connected by a wire 18 welded to it with contact 5 of the indicated detector and serves to apply a voltage to it. Step 17 is connected by a wire welded to it 19 with contact 4 of the detector and destined for removal from it signals due to incident nuclear radiation. The disadvantage of this type of sensor is that it is necessary either to shield its case from the incident nuclear radiation, or to divert the charges arising on the case by means of corresponding devices.

обеспечени незначительных потерь энергии падающе1о дерного излучени в алмазном детекторе при измерен необходимо, чтобы толщина его запорного и инжектирующего контактов была пренебрежимо мала, д расположенна между ними рабоча область j6bma очень тонкой. Как показали исследовани , такие прозрачны е дл падающего дерного излучени запорный и инжектиру ший контакты образуют, например, специально вьшолненные пленки металлов. In order to ensure insignificant energy losses of the incident nuclear radiation in the diamond detector, it is necessary to measure the thickness of its stop and injection contacts to be negligible, the working area j6bma between them is very thin. Studies have shown that such shut-off and injected contacts, which are transparent to incident nuclear radiation, are formed, for example, by specially made metal films.

При определении интенсивности регис-грируемого дерного излучени на фоне мощных изотропных потоков -излучени тэкже необходимо примен ть алмазны детекторы с прозрачными дл падающего дерного излучени запорным и инжектирующим контактами, изготовленными из материалов с малым атомным номером и с очень тонкой рабочей областью, расположенной между ними. Как показали исследовани , такие контакты можно выполнить , например, из графита, что позвол ет получить малый коэффициент поглощени J - лучей и уменьшить вклад Б. счет импульсов от электронов, обусловленных поглощением - лучей контактах (уменьшаетс действие контактов как конвертеров V - излучени ). С этой же целью корпус 1 и гайку 7 датчика, показанного на фиг.1, иногда изготовл ют из металла с малым атомным номером, например берилли , а его прокладки, так же как корпус 1 и гайку 14 датчика, изображенного на фиг.2./- из пластмасры с малым атомным номероWhen determining the intensity of the registered nuclear radiation against the background of powerful isotropic fluxes — radiation of the test, it is necessary to use diamond detectors with shut-off and injection contacts that are transparent to the incident nuclear radiation and made from materials with a small atomic number and with a very thin working area between them. Studies have shown that such contacts can be made, for example, from graphite, which makes it possible to obtain a small absorption coefficient of J-rays and reduce B.'s contribution to the counting of impulses from electrons due to absorption -beam contacts (the effect of the contacts as converters of V-radiation is reduced). For this purpose, the housing 1 and the nut 7 of the sensor shown in Fig. 1 are sometimes made of a metal with a small atomic number, for example beryllium, and its gaskets, as well as the case 1, and the nut 14 of the sensor shown in Fig. 2. / - from plastic with a small atomic number

Поскольку шумы алмазного детектора пренебрежимо малы, вьшолн его с очен тонкой рабочей областью, можно существенно снизить его чувствительность кSince the noise of the diamond detector is negligible, with its very fine working area, it can significantly reduce its sensitivity to

(J - излучению. При уменьшении толщины рабочей области детектора падает амплитуда импульсов, обусловленных регистрируемым дерным излучением, так как оно проходит сквозь детектор, тер в нем малую часть своей энергии. Но при этом экспоненциально падает поглощение У - лучей в рабочей области детектора и, следовательно, их вклад в счет.(J - to radiation. When the thickness of the detector's working region decreases, the amplitude of the pulses due to the detected nuclear radiation decreases as it passes through the detector, rubbing a small part of its energy in it. But the absorption of the Y-rays exponentially decreases in the detector and hence their contribution to the account.

Дл изготовлени рассмотренных датчиков с очень тонкой рабочей областью особенно пригодны алмазные детекторы с выемкой, ибо они обладают повышенной механической прочностью и удобны в обращении.Однако можно примен ть и алмазные детекторы в виде тонких плаоDiamond detectors with a notch are particularly suitable for fabricating the considered sensors with a very thin work area, since they have increased mechanical strength and are easy to handle. However, diamond detectors in the form of thin plates can be used.