Спосіб детектування іонізуючих випромінювань

Реферат: UA 78176 U UA 78176 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області прикладної ядерної фізики й може бути використана для реєстрації потоків заряджених часток, як на прискорювачах, так й у широких атмосферних зливах, а також окремих високоенергетичних часток космічного походження, як у верхніх шарах Земної атмосфери, так і за її межами. Відомо багато способів реєстрації іонізуючих випромінювань, які використають різні фізичні властивості взаємодії цього випромінювання з речовиною, а також застосовують спектр вторинних ефектів, що при цьому проявляються. Наприклад, іонізація й порушення атомів детектованого середовища, які ініціюють такі вторинні ефекти як: радіовипромінювання, електричні розряди, пружні коливання, світіння, магнітні поля та інші [1]. На цих ефектах розроблені існуючі способи детектування й виміру іонізуючих випромінювань. Всі відомі способи детектування іонізуючих випромінювань мають свої переваги й недоліки, але більшості з них властива погана захищеність від супутньої дії випромінювання електромагнітних перешкод. Серед них окрему область становлять способи, які використовують ефекти радіаційної акустики, що полягають у виникненні ультразвукових хвиль у матеріалах при впливі на них іонізуючих випромінювань [2,3]. Справа в тому, що, при детектуванні іонізуючого випромінювання методами радіаційної акустики, інформацію про характер випромінювання несе ультразвукова хвиля, збуджена цим випромінюванням у матеріалі детектора. А дія електромагнітних перешкод на її характеристики можлива тільки в тому випадку, якщо вона поширюється в електрично або радіаційно нестабільному середовищі й тому в більшості випадків цим ефектом можна зневажити. Тобто способи радіаційної акустики можна розглядати як найбільш завадозахищені способи сучасної дозиметрії. Найбільш близьким по технічній суті є відомий спосіб реєстрації іонізуючих випромінювань [4], що полягає в тому, що при наявності іонізуючого випромінювання за допомогою п'єзоелектричного датчика реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль. За відомим способом потік часток направляють на коливний п'єзорезонансний датчик і реєструють зміну періоду або фази коливання датчика, викликану актом взаємодії випромінювання з матеріалом п'єзорезонансного датчика й пропорційно величині іонізації. Недоліком цього способу, як і більшості відомих способів, є те, що він не має перешкодозахищеності, властивої способам радіаційної акустики, тому що не використовує ультразвукової бігучої хвилі, створеної іонізуючим випромінюванням, що несе інформацію про акт взаємодії випромінювання з детектором. Тому для досягнення заявленої чутливості й виключення помилкових спрацьовувань від електричних наведень на розгалужену схему використовуваних блоків електронної апаратури, він вимагає введення спеціального екранування від супутніх електромагнітних перешкод, що, до речі, не завжди можливо. Задачею корисної моделі є створення способу, що має високу чутливість до іонізуючого випромінювання, і одночасно високу перешкодозахищеність, властиву способам радіаційної акустики. Поставлена задача вирішується тим, що при наявності іонізуючого випромінювання за допомогою п'єзоелектричного датчика реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль, згідно з корисною моделлю, вимірюють амплітуду ультразвукових біжучих хвиль, генерованих іонізуючим випромінюванням у попередньо охолодженому п'єзоелектричному датчику. Найкраще, коли температуру охолодження п'єзоелектричного датчика вибирають як температуру, при якій в п'єзоелектричному матеріалі датчика, за рахунок піроелектричного ефекту, створюється електричне поле, достатнє для виникнення акустичного надвипромінювання з об'єму п'єзоелектричного датчика. Найкраще, коли як п'єзоелектричний матеріал датчика використовують п'єзоелектричну кераміку. Вимірювання ультразвукових хвиль, які генеруються не ідентичними по схемному рішенню транзисторними автогенераторами у кварцових резонаторах, а безпосередньо іонізуючим випромінюванням у п'єзоелектричному датчику дозволяє використати ультразвукову хвилю, що 5 біжить. А при цьому, завдяки різниці у швидкостях світу та звуку (близько 10 разів), можливо відстроїти момент реєстрації ультразвукової хвилі, несучу дозиметричну інформацію, від, практично, будь-якої за тривалістю електромагнітної перешкоди, яка була б в заваді відомому способу. При цьому ми вимірюємо амплітуду ультразвукової хвилі, а не зміну фази, чи періоду, що спрощує спосіб (не потребує прецезіонної апаратури для завдання та вимірювання змін в високо стабільних ультразвукових коливаннях резонаторів). П'єзоелектричний датчик теж більш простіша конструкція, ніж кварцовий резонатор (не потрібує вакуумування та ін.). А його, попереднє дії іонізуючого випромінювання, охолодження дозволяє значно побільшити 3 реєстрований ультразвуковий сигнал (більш ніж у 10 разів) завдяки температурної залежності 1 UA 78176 U 5 10 15 20 25 30 35 коефіцієнта Грюнайзена п'єзоелектричного середовища датчика [2,3], яка приводить до зростання порушуваної в ньому термопружної сили, що генерує ультразвукову хвилю та відтворення за рахунок піроелектричного та оберненого ефектів, властивих п'єзоелектрикам, ефекту акустичного надвипромінювання у п'єзоелектричному середовищі [5]. Тобто у випадку попереднього охолодження п'єзоелектричного датчика амплітуда радіаційно порушуваної ультразвукової хвилі зростає. Найбільше зростання досягається в п'єзоелектричних кераміках, які мають найбільшу, серед п'єзоелектриків, радіаційну стійкість, малі власні струми витоку, та володіють розвиненою внутрішньою кристалітною та доменною структурою, що дозволяє більш повно реалізувати ефект акустичного надвипромінювання. Практична реалізація пропонованого способу виконана у вигляді пристрою, наведеного на ілюстрації. По теплопроводу 1, що є й акустичним хвилеводом, через акустичні, а отже теплові, контакти 2 від п'єзоелектричного датчика 3 хладогенератором 4 відбирається тепло, охолоджуючи його п'єзоелектричне середовище. Завдяки піроелектричному ефекту, що властивий поляризованому п'єзоелектрику, на його електродах 5 виникають електричні заряди, що створюють електричне поле в п'єзоелектричному датчику 3. Цього поля достатньо, щоб створити ефект акустичного надвипромінювання у п'єзоелектричному середовище при генерації ультразвукових хвиль іонізаційним випромінюванням. Це поле створене без використання зайвих зовнішніх високовольтних джерел струму, та зовнішніх електричних ланцюгів, які через обернений п'єзоефект можуть створювати паразитний ультразвуковий сигнал від супутніх електромагнітних перешкод, що знижує чутливість способу. Потім детектують іонізуюче випромінювання і направляють на охолоджений до температур, коли в його об'ємі з'являється електричне поле, достатнє для реалізації акустичного надвипромінювання, п'єзоелектричний датчик, а викликаний при цьому ультразвуковий сигнал А реєструють штатним приймачем ультразвукових хвиль 6 й кінцевою системою реєстрації 7. Покращення чутливості запропонованого способу досягають шляхом використання як п'єзоелектричного датчика п'єзоелектричної кераміки. Як показали експериментальні виміри, сумарна чутливість такого 4 способу детектування зростає до 10 разів. Джерела інформації: 1. Иванов В.И. Курс дозиметрии. Атомиздат. - М., 1978. - 392 с. 2. Залюбовский И.И., Калиниченко А.И., Лазурик В.Т. Введение в радиационную акустику. Изд-во при Харьковском университете «Вища школа», 1986. - 168 с. 3. Лямшев Л.М. Радиационная акустика. - М.: Наука, Физматлит, 1996. - 178 с. 4. Патент RU № 2195004, G01T1/00, публ. 20.12.2002. / Способ регистрации ионизирующих излучений. 5. Воловик В.Д., Иванов С.И. Возбуждение механических колебаний в сегнетоэлектриках пучками ионизирующего излучения. ФТТ, 1976, Том 16, вып. 6. - С. 1603-1605. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 1. Спосіб детектування іонізуючих випромінювань, що полягає в тому, що при наявності іонізуючого випромінювання за допомогою п'єзоелектричного датчика реєструють параметри збуджених у ньому ультразвукових хвиль, який відрізняється тим, що вимірюють амплітуду ультразвукових біжучих хвиль, генерованих іонізуючим випромінюванням у попередньо охолодженому п'єзоелектричному датчику. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температуру охолодження п'єзоелектричного датчика вибирають як температуру, при якій в п'єзоелектричному матеріалі датчика, за рахунок піроелектричного ефекту, створюється електричне поле, достатнє для виникнення акустичного надвипромінювання з об'єму п'єзоелектричного датчика. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що в як п'єзоелектричний матеріал датчика використовують п'єзоелектричну кераміку. 2 UA 78176 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3