пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения

Формула изобретения

Пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения, содержащий обкладки конденсатора и чувствительный элемент, образованный из первого, второго и третьего плоских конденсаторов с обкладками конденсатора, размещенными на плоских противоположных поверхностях, чувствительный элемент заполнен пироэлектриком, размер чувствительного элемента в направлении распространения излучения выбран много меньшим длины пробега излучения в пироэлектрике, наружные несопряженные обкладки конденсаторов электрически объединены между собой, отличающийся тем, что первый, второй и третий конденсаторы расположены последовательно, к сопряженным обкладкам конденсаторов присоединены токовыводы, между которыми включено сопротивление нагрузки, первый и третий конденсаторы заполнены неполяризованным пироэлектриком, а второй конденсатор заполнен поляризованным пироэлектриком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерению рентгеновского излучения, гамма-излучений, корпускулярного излучения, в частности к калориметрическим дозиметрам.

Изобретение относится к метрологии ядерных излучений, дозиметрии и предназначено для аттестации радиационных полей, создаваемых импульсными ионизирующими излучениями (например, гамма-излучением или нейтронами).

Известны пироэлектрические детекторы импульсного ионизирующего излучения [1, 2], действие которых основано на принципе прямого преобразования энергии поглощенного в поляризованном пироэлектрике ионизирующего излучения в тепловую с последующим преобразованием ее в электрическую за счет пироэффекта.

Известен пироэлектрический детектор [1], в котором уменьшение погрешности измерений плотности потока и флюенса излучения достигается особой формой выполнения чувствительного элемент, который представляет собой часть тела, которая образована вращением плоской фигуры вокруг неподвижной оси, лежащей в плоскости этой фигуры, не пересекающей ее контур. Причем указанная часть тела получена в результате рассечения тела плоскостью, которая параллельна оси вращения. В сечении тела плоскостью образованы две площадки, являющиеся электродами. Вектор поляризации в каждой точке пироэлектрика перпендикулярен сечению, образованному плоскостью, проходящему через эту точку и ось детектора.

Недостатком изобретения [1] является относительно невысокая чувствительность пироэлектрического детектора, выражающаяся в его ограниченном применении для очень высокой интенсивности излучений (> 10⁹ Гр/с).

В пироэлектрическом детекторе [2] уменьшение погрешности измерения плотности потока и флюенса в неоднородных полях излучения достигается применением четырех идентичных конденсаторов, заполненных пироэлектриком. Обкладки первого и третьего конденсаторов, а также второго и четвертого сопряжены, к сопряженным обкладкам присоединены токовыводы. Несопряженные обкладки первого и второго, а также третьего и четвертого конденсаторов электрически объединены. Векторы поляризации пироэлектрика перпендикулярны обкладкам и направлены антипараллельно в первом и втором, первом и третьем, а также втором и четвертом конденсаторах. Размер чувствительного элемента в направлении распространения излучения много меньше длины свободного пробега излучения в пироэлектрике. Это позволяет полностью устранить во внешней цепи ток, индуцированный комптоновскими электронами, являющийся паразитным и снижающим точность измерений.

Недостатком изобретения [2] является сложность изготовления конструкции детектора, выражающаяся в необходимости применения четырех конденсаторов.

Изобретение [2] выбрано прототипом.

Технические задачи: расширение диапазона чувствительности пироэлектрического детектора в сторону ее увеличения; упрощение конструкции детектора.

Изобретение представляет собой пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения, содержащий токовыводы и чувствительный элемент, образованный из первого, второго и третьего плоских конденсаторов с токовыводами, размещенными на плоских противоположных поверхностях, чувствительный элемент заполнен пироэлектриком, размер чувствительного элемента в направлении распространения излучения выбран много меньшим длины свободного пробега излучения в пироэлектрике.

Отличия заключаются в том, что первый, второй и третий конденсаторы расположены последовательно и совмещены внутренними токовыводами, подключенными к нагрузке, наружные токовыводы закорочены между собой, первый и третий конденсаторы заполнены неполяризованным пироэлектриком, а второй конденсатор заполнен поляризованным пироэлектриком с вектором поляризации, перпендикулярным его обкладкам.

Пироэлектрический детектор показан на чертеже, где 1 - второй конденсатор, заполненный поляризованным пироэлектриком; 2 - токовыводы, расположенные на плоских поверхностях конденсатора 1; 3 - первый и третий конденсаторы, заполненные неполяризованным пироэлектриком; 4 - токовыводы, расположенные на плоских поверхностях конденсаторов 3; 5 - электрический проводник, соединяющий наружные токовыводы конденсаторов 3; 6 - электрическая нагрузка; 7 - электрические выводы, подключенные к смежным 2 и 4 токовыводам; 8 - вектор поляризации поляризованного пироэлектрика; 9 - направление распространения излучения.

Детектор содержит конденсатор 1, выполненный из поляризованного пироэлектрика с токовыводами 2, сопряженными по всей поверхности с токовыводами 4 конденсаторов 3, выполненных из неполяризованного пироэлектрика с наружными обкладками 4. Несопряженные обкладки 4 электрически объединены между собой проводником 5. Вектор поляризации пироэлектрика 8, заполняющий конденсатор 1, перпендикулярен его обкладкам 2. К сопряженным обкладкам 2 поляризованного конденсатора и обкладкам 4 неполяризованных конденсаторов 3 с обеих сторон подсоединены электрические выводы 7, между которыми включено сопротивление нагрузки 6. Размер чувствительного элемента в направлении стрелки 9 распространения излучения выбран много меньше (не менее, чем на порядок) длины свободного пробега излучения в пироэлектрике.

Пироэлектрический детектор работает следующим образом. При облучении чувствительного элемента импульсом проникающего излучения в направлении стрелки 9 в поляризованном пироэлектрике конденсатора 1 происходит нагрев, вследствие чего изменяется его поляризация и между выводами 7 появляется разность потенциалов. Измерив ток через сопротивление нагрузки 6 или заряд на противоположных сопряженных обкладках 2, 4, определяют, соответственно, плотность потока излучения (мощность дозы) или его флюенс. При облучении чувствительного элемента направленным проникающим излучением в направлении стрелки 9 в объеме пироэлектрика всех трех его составных частей возникают комптоновские электроны и, как следствие, образуются диполи электрон-положительно заряженный ион. Так как в чувствительном элементе конденсаторы 1 и 3 сопряжены по всей поверхности обкладок, соответственно, 2 и 4 и размер детектора в направлении стрелки 9 распространения излучения выбран много меньшим длины свободного пробега излучения в пироэлектрике, то условия облучения обоих неполяризованных конденсаторов 3 одинаковы, в том числе и в неоднородных полях излучения. Поэтому для каждого диполя, образовавшегося, например, в любом из конденсаторов 3, имеет место равный диполь, образовавшийся вблизи сопряженных с ним обкладок конденсатора 1. Вследствие этого на сопряженных обкладках 2 и 4 конденсаторов 1 и 3 выделяются равные по величине и противоположные по знаку электрические заряды. Вблизи наружных обкладок 4 обоих неполяризованных конденсаторов, электрически соединенных между собой, аналогично выделяются равные и противоположные по знаку электрические заряды. Это значит, что потенциалы на сопряженных обкладках 2, 4 и электрически соединенных обкладках 4 конденсаторов 3 не изменяются в процессе облучения и в результате разность потенциалов между выводами 7, обусловленная токами комптоновских электронов, равна нулю.

Таким образом, вклад в выходной сигнал тока, индуцированного комптоновскими электронами, устраняется и, следовательно, уменьшается погрешность измерения плотности тока и флюенса проникающего излучения.

По сравнению, например, с известным аналогом [2], выполняя те же функции и обладая тем же свойством устранения вклада радиационных сторонних токов в рабочий сигнал, обусловленный лишь генерацией в пироэлектрике, предлагаемый детектор конструктивно проще за счет того, что он выполнен из трех, а не из четырех конденсаторов, как в [2], и, следовательно, более дешев в изготовлении.

В силу своей конструкции известный детектор [1] по сравнению с плоским предлагаемым вариантом обладает меньшей кулон-грейевой чувствительностью, отнесенной к единице объема (массы) использованного в нем пироэлектрика, поэтому его применение ограничивается использованием в достаточно высокоинтенсивных полях излучения. Детектор, выполненный по схеме на фигуре, таким образом, дополняет ранее известные, поскольку позволяет расширить диапазон регистрируемых параметров излучения в сторону измерения менее интенсивных потоков.

Предлагаемый детектор технологичен, прост в изготовлении и обслуживании, не содержит дорогостоящих компонентов, обладает высокой радиационной стойкостью (> 10 ¹⁸ ТГр > 10¹⁶ нейтр/см²).

Список цитируемых источников

1. В. А.Борисенок, М.В. Коротченко, Е.З. Новицкий и А.В. Руднев. Пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения. А.с. N 1503533 от 19.10.87.

2. В. А. Борисенок, Н. И. Завада, Е.З. Новицкий и В.Г. Симаков Пироэлектрический детектор импульсного ионизирующего излучения. А.с. N 1579238 от 11.11.88.