Детектор областей біологічної дії ультрафіолетового випромінювання

Винахід відноситься до області реєстрації та вимірювання ультрафіолетового (УФ) випромінювання і може знайти використання у біології, медицині, народному господарстві, науці, те хніці та інших областях, де існує необхідність виявлення, контролю і кількісної оцінки потужності та дози УФ випромінювання. Ультрафіолетове випромінювання з точки зору його дії на біологічні об'єкти є найбільш активною частиною оптичного діапазону спектра, що, власне, і визначає важливість його кількісної оцінки у медицині, біології, сільському господарстві, екології тощо. Спектр УФ випромінювання прийнято поділяти на три області, обмежені наступними довжинами хвиль: бактерицидну (А) - 0,20-0,28мкм, еритемну (В) - 0,28-0,32мкм та загарну (С) - 0,320,45мкм [1]. У зв'язку з цим, для оцінки дії на біологічні об'єкти необхідні фотоприймачі (ФП), спектральна чутливість яких була б близькою до спектрів біологічної дії. Існуючі на даний час ФП різного типу мають досить велику чутливість S l у широкому спектральному діапазоні D l, який включає також і необхідні області А, В і С [2, 3]. З іншого боку, відомим джерелам УФ випромінювання, таким як Сонце, електрична дуга, ртутні та галогенні лампи тощо (виключаючи лазери), також притаманний широкий спектр випромінювання. У зв'язку з цим, виділення значно вужчих спектральних областей біологічної дії може бути здійснене за допомогою відповідних світлофільтрів, зокрема, інтерференційних. Разом з тим, останні надзвичайно складні у виготовленні і мають високу вартість. У спектрах пропускання широко розповсюджених дешевих абсорбційних світлофільтрів поруч з необхідними УФ смугами присутні також і більш довгохвильові з l > 0,45м45 [4]. Це виключає можливість їх використання у парі з відомими фотоприймачами на базі елементарних напівпровідників, III-V сполук і твердих розчинів на їх основі, довго хвильова межа чутливості яких більша, ніж 0,55мкм [3]. Зазначеним умовам ширини спектрального діапазону біологічної дії (D l = 0,20 - 0,45)мкм не відповідають також і інші розповсюджені типи ФП - фотоемісійні, теплові тощо [2]. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є детектор, описаний в [1]. ФП тут служить фотоелемент з магнієвим катодом, спектр фоточутливості якого разом зі світлофільтром БС-4 близький до спектра еритемної дії. Вимірювання ж бактерицидного випромінювання проводять без використання світлофільтра. Однак, даний детектор має низку недоліків: великі маса (~45г) і габарити (діаметр 44мм, висота 97мм), необхідність високовольтного (~100В) джерела живлення, низька монохроматична чутливість (Sl @ 0,1мА / Вт ) а також неможливість детектування смуги С [2]. Мета даного винаходу - розширення спектрального діапазону вимірювань, збільшення чутливості, спрощення конструкції та зменшення маси і габаритів детектора. Вказана мета досягається тим, що як фотоприймач використовують напівпровідниковий поверхневобар'єрний діод Ni-ZnSe, а як світлофільтр - абсорбційні світлофільтри БСЗ, ЖС20 або СС4 для областей А, В або С відповідно. Відповідність критерію ”новизна” запропонованому рішенню забезпечує та обставина, що сукупність ознак, зазначених у формулі винаходу, не зустрічається у жодному з відомих аналогів. ”Винахідницький рівень” запропонованому технічному рішенню забезпечується тим, що з жодного із розглянути х джерел інформації не випливає очевидність використання фотодіодів Ni-ZnSe з комплектом змінних світлофільтрів для детектування спектрів біологіічної дії УФ діапазону. Рішення відповідає критерію ”промислова придатність”, так як для його реалізації можливе використання технологій та обладнання існуючих підприємств напівпровідникової електроніки. Сутність винаходу пояснюється ілюстраціями. На фіг.1 зображена конструкція детектора УФ випромінювання, що складається з корпуса (1), у якому розташовані фотодіод Ni-ZnSe (2) та вхідне вікно (3). Габарити детектора (діаметр 9мм і висота 5мм) та маса (0,8г) набагато менші, ніж у прототипа. Крім того, експлуатація фотодіода NiZnSe не вимагає використання додаткового громіздкого джерела живлення, що значно спрощує конструкцію пристрою. Спектральний розподіл фоточутливості такого детектора з сапфіровим чи кварцовим вікном зображений на фіг.2. Спектри фоточутливості УФ детектора з використанням світлофільтрів СС4 (крива 1), ЖС20 (крива 2) та різниця спектрів, виміряних без світлофільтра та зі склом БСЗ (крива 3) наведені на фіг.3. Тут же пунктиром зображено смуги біологічної дії А, В і С [1]. Як видно з фіг. 3, найкраща відповідність спектрів фоточутливості запропонованого детектора смугам біологічної дії А, В і С досягається при використанні абсорбційних світлофільтрів типу БСЗ, ЖС20 та СС4 відповідно. Зауважимо, що всі криві на фіг. 3 знормовані у максимумі до одиниці. Монохроматична чутливість детектора у всьому спектральному діапазоні з врахуванням пропускання світлофільтрів не гірша за 1ОмА/Вт, що значно вище, ніж у прототипа. При 300К виявна здатність фотодіода NiZnSe не нижча за 1012Вт-1.см .Гц1/2, а динамічний діапазон лінійності не менший 50Д6. Джерела інформації: 1. Рвачев В.П. Введение в биофизическую фотометрию. - Изд. Львовского ун-та, 1966, 378с. 2. Волков В.К., Вялов В.А., Г усаков Л.Г. и др. Справочник по приемникам оптического излучения. - Київ: Техніка, 1985. -216с. 3. Анисимова И. Д., Викулин И.М., Заитов Ф.А. и др. Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый, ближний ИК диапазоны спектра. М.: Радио и связь, 1984. - 216с. 4. ГОСТ 3411-81. Стекло оптическое цветное, технические условия. Издательство стандартов. 1981.