Детектор іонізуючого випромінювання

Детектор іонізуючого випромінювання, що містить чутливий елемент з кристалу Ссіїг шаруватої структури, на бокові грані якого нанесені контакти, та реєструючий прилад, який відрізняється Корисна модель відноситься до галузі реєстрації іонізуючого випромінювання, зокрема, реєстрації рентгенівського випромінювання в лабораторіях, медичних закладах, виробничих умовах. Відомий детектор іонізуючого випромінювання, до складу якого входить чутливий елемент на основі кристала шаруватої структури Ндіг з нанесеними провідними контактами, джерело живлення і реєструючий прилад [див.: Aspects of semiconductor current mode detectors for X-ray tomography. PA. Glasow, B.Conrad, K. Killing et al. IEEE Trans. Nucl.Sci., 1981, v.NS-28. №1, p.566-571]. Недоліком детектора, в якому використано кристал Ндіг як чутливий елемент, є низька точність вимірів. Це зумовлено тим, що темнова провідність чутливого елемента змінюється з температурою. Для роботи такого детектора необхідне джерело високої напруги Uo=3000 В, розміщення якого в зоні випромінювання у ряді випадків неприпустиме. Відгук детектора сильно залежить від напруги и 0 , що вносить додаткову нестабільність у його роботу. Найближчим за технічною суттю (прототипом) є детектор іонізуючого випромінювання [див.: А.с. СССР №1387680. Детектор ионизирующего излучения, 1987], який складається з чутливого елемента, на бокові грані якого нанесені контакти, та реєструючого приладу. Чутливим елементом, який тим, що чутливий елемент виконаний шляхом сколювання вздовж шарів спайності у вигляді плоскопаралельної пластини у формі паралелепіпеда так, що опромінювана поверхня утворює з кристалографічною віссю Сб, яка спрямована по нормалі до площин спайності кристалу, кут < = 0°, і розтар шований в атмосфері аргону при температурі 350390К так, що його робоча поверхня перпендикулярна до потоку іонізуючого випромінювання, а контакти, нанесені на бокові грані, перпендикулярні до опромінюваної поверхні і утворюють з віссю Сб кристалу кут 90°. знаходиться у вакуумі, служить неорганічний шаруватий кристал гексагональної структури СсІІг. Чутливий елемент вирізують у формі паралелепіпеда так, що опромінювана поверхня утворює з кристалографічною віссю Се, яка спрямована по нормалі до площин спайності кристала, середні кути ф від 5° до 85°. Контакти у цьому випадку нанесені на бокові грані паралелепіпеда, перпендикулярні до опромінюваної поверхні і утворюють з віссю "С" кристала кут 90°- (р. Робоча поверхня чутливого елемента перпендикулярна до потоку іонізуючого випромінювання. Недоліком такого детектора, отриманого на основі шаруватого Cdl2, є складний і тривалий процес виготовлення чутливого елемента, який включає орієнтацію чутливого елемента на кристалотримачі, змонтованому на універсальному столику Федорова; різання кристалу на механічній пилі з вольфрамовою ниткою, що змочується абразивною суспензією; додаткове шліфування і полірування зразка. У результаті різання кристалу можлива деформація зразка, що може призвести до розшарування кристалу та послаблення механічної міцності, а це у свою чергу не дозволяє отримувати чутливі елементи зі стабільними параметрами. Використання суспензії, подальша обробка кристалу призводять у ряді випадків до порушення 00 О) 7841 кристалічної структури. Чутливий елемент отриманий за такою технологією досить об'ємний (~300-500мм3). Величина генерованого сигналу при цьому знаходяться у межах 1-50мВ. При температурах вище кімнатної (350-390К) такий детектор може втрачати експлуатаційні параметри, оскільки температурна обробка також призводить до розшарування кристалу та послаблення механічної міцності. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити "Детектор іонізуючого випромінювання" шляхом спрощення конструкції та виготовлення, що дозволить забезпечити можливість роботи детектора при підвищених температурах в газовому середовищі. Поставлена задача, згідно з корисною моделлю, вирішується так, що у детектора іонізуючого випромінювання, що містить чутливий елемент з кристалу Cdl 2 шаруватої структури, на бокові грані якого нанесеш контакти, та реєструючий прилад, чутливий елемент виконаний шляхом сколювання вздовж шарів спайності у вигляді плоскопаралельної пластини, у формі паралелепіпеда так, що опромінювана поверхня утворює з кристалографічною віссю Сє, яка спрямована по нормалі до площин спайності кристалу кут е =0° і розташовар ний в атмосфері аргону при температурі 350-390 К так, що його робоча поверхня перпендикулярна до потоку іонізуючого випромінювання, а контакти, нанесені на бокові грані, перпендикулярні до опромінюваної поверхні і утворюють з віссю Сб кристалу кут 90°. Чутливий елемент виготовляють на основі кристалу Cdfe, який володіє шаруватою структурою і належить до структурного типу Сб. Іони йоду утворюють двошарове гексагональне щільне упакування, окгаедричні порожнини в кожному другому шарі якого займають іони кадмію. Завдяки цьому у структурі Cdb утворюються пакети-сендвічі ICd-I, розділені площинами спайності, що зумовлює утворення анізотропії шаруватої структури. Головною віссю кристалу є кристалографічна вісь Сб, яка має напрямок нормалі до площини спайності (сколу) кристалу. Чутливий елемент виготовляють з кристалів Cdb, вирощених методом Стокбаргера-Бріджмена, шляхом сколювання плоскопарапельних пластин відповідної товщини (~1,5-4мм) вздовж шарів спайності. Виготовлення опромінюваної поверхні площею ~10х8мм2 може бути здійснено лезом. Це сприяє зменшенню впливу механічних напруг у бокових і поверхневих областях чутливого елемента. Поверхня чутливого елемента є дзеркально гладкою, що призводить до однорідного поглинання іонізуючого випромінювання, усуваючи градієнтність потоків носіїв заряду. Чутливий елемент розміщують так, що поверхня сколу є опромінюваною поверхнею, а омічні контакти, наприклад, із срібної пасти К-13Б, наносять перпендикулярно до напрямку кристалографічної осі С 6 на протилежні сторони пластини. Суттєвими відмінностями від прототипу є орієнтація бокових поверхонь, на які наносяться контакти, відносно кристалографічної осі Сб (площин спайності) кристалу Cdb і розміщення чутливого елемента у газовому середовищі. У цьому випадку значно скорочений процес виготовлення чутливого елементу, набагато менша імовірність розшарування структури. У результаті чого забезпечується можливість роботи детектора при більш високих температурах. Генерована е.р.с. для таких чутливих елементів об'ємом ~ 160мм сягає порядку 150ЗООмВ. На Фіг.1 зображено принципову схему детектора іонізуючого випромінювання, де 1-чутливий елемент, 2-вимірювальні контакти, 3кристалотримач, 4-корпус, 5-реєструючий прилад, 6-джерело іонізуючого випромінювання. На Фіг.2 зображено орієнтацію чутливого елемента, відносно кристалографічної осі С6 і напрямку потоку іонізуючого випромінювання, де 1площини спайності. На Фіг.З зображено залежність величини е.р.с. детектора на основі кристала Cdl 2 від потужності експозиційної дози рентгенівського випромінювання при температурах 375К, 385К і 395К. Детектор складається з чутливого елемента з вимірювальними контактами, кристалотримача, що розміщений в корпусі, який заповнений газом і реєструючого приладу. Чутливий елемент кріпиться на металічному кристалотримачі з ізолюючою прокладкою. Нагрів кристалотримача здійснюється електропіччю. Роботу детектора можна простежити на подальшому прикладі. При опромінюванні чутливого елемента (1), що закріплений на кристалотримачі (3) в корпусі (4), іонізуючим випромінюванням на контактах (2) виникає е.р.с, яку вимірюють реєструючим приладом (5) (типу ВК2-16, В7-30), і за величиною е.р.с. оцінюють інтенсивність іонізуючого випромінювання. Опромінювання проводиться з допомогою рентгенівського апарату типу УРС55А, а зміна інтенсивності випромінювання - за допомогою стандартного набору алюмінієвих послаблювачів. Потужність дози вимірюється вимірювачем дози і потужності дози типу ИДМД-1. При одночасному опроміненні чутливого елемента і газового середовища рентгенівськими променями з енергією більшою, ніж енергія іонізації газу (Е,Аг=15,76 еВ) відбувається іонізація газу. Частинки газу адсорбуються на поверхні чутливого елемента, яка опромінюється. При цьому у чутливому елементі виникає е.р.с, зумовлена рентгеностимульованою хемосорбцією, ефективність якої зростає при збільшенні температури чутливого елемента від 295 до 380К і потужності експозиційної дози іонізуючого випромінювання. Вимірювана е.р.с, яка виникає при взаємодії іонізуючого випромінювання з анізотропним шаруватим кристалом в газовому середовищі, є сумарною величиною фотовольтаїчного ефекту і хемосорбції. Дослідженнями виявлено, що при опроміненні зразка рентгенівськими квантами в атмосфері аргону значення е.р.с. стимульованої опроміненням хемособції різко зростає (приблизно по експоненційному закону) при підвищенні температури від 295 до 380К. Подальше зниження температури кристала до 295К призводить до поновлення вихідного значення поперечної фотовольтаїчної напруги (ПФВН). Попереднє опромінення зразків у вакуумі також не впливає на їх адсорбційні властивості по відношенню до газів. Відносні ефектив 7841 ності протікання адсорбції на поверхні і генерації випромінюванням нерівноважних носив у глибині зразка, визначають величину і знак е р с при ЗМІНІ тиску газу в системі При цьому в ролі адсорбційних центрів, імовірно, виступають носи заряду, які осіли на дефекти кристалу опроміненої поверхні. При хемосорбції на поверхні кристала утворюється локальний енергетичний рівень, аналогічний звичайним домішковим рівням, пов'язаний, наприклад, з поверхневими дефектами При локалізації заряда на поверхневих електронних станах, відбувається зарядка поверхні кристала Якщо в об'ємі присутні ВІЛЬНІ носи заряда, то вони перерозподіляються так, щоб нейтралізувати поверхневий заряд У приповерхневій області кристала, утворюється подвійний заряджений шар, товщина яко го залежить від концентрації вільних носив та іонізованих частин газу При стаціонарних умовах збудження при конкретній температурі встановлення адсорбційної рівноваги на поверхні напівпровідника передбачає паралельне існування двох процесів 3 одного боку - це рівноважний обмін між адсорбованими частинами і газовим середовищем, з другого електронний обмін між електронно-дірковою системою кристала і рівнем адсорбційного походження У такій системі поверхневі та просторові заряди утворюють сильне електричне поле, направлене нормально до опроміненої поверхні Області напівпровідника, збагачені чи збіднені електронами (дірками), при адсорбції частин газів досягають глибини 5-500А \ * газ ФІг. 2 Фіг. 1 чоо & р/4 Фіг З Комп'ютерна верстка В Мацело Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601