Спосіб вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання

Реферат: Спосіб вимірювання експозиційної дози електромагнітного випромінювання шляхом подачі електричної напруги на пластину з високоомного напівпровідника. UA 76301 U (12) UA 76301 U UA 76301 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки та, зокрема, до дозиметрії іонізуючих випромінювань. Відомий спосіб вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання (М. Франк, В. Штольц. Твердотельные дозиметры ионизирующего излучения. М.: Мир, 1979. - С. 238-239), в основу якого поставлено вимірювання сили сталого електричного струму, що тече крізь зразок високоомного напівпровідника. Зразок піддається дії електромагнітного випромінювання, яке породжує в його об'ємі нерівноважні носії струму вільні електрони та дірки. Завдяки тому, що у відсутності дії електромагнітного випромінювання зразок має досить високий (більше одиниць МОм) електроопір, а при дії випромінювання цей опір збільшується на декілька порядків, початковим значенням струму крізь зразок можна знехтувати. З іншого боку, високий електроопір зразка зумовлює необхідність подавати на нього високу (сотні Вольт) напругу, що є недоліком способу, що розглядається. Інший недолік, частково пов'язаний з вищевказаним, полягає в електричній поляризації зразка під дією сталої напруги. Загальновідомо, що явище електричної поляризації притаманно усім діелектрикам. Шкідливий вплив цього явища при вимірюванні потужності експозиційної дози вказаним способом полягає в зниженні чутливості до випромінювання (Ю.С. Мухачев. Влияние объемного заряда на характеристики алмазных детекторов ионизирующих излучений. Труды школысеминара "Люминесценция и сопутствующие явления". - Иркутск, 18-21 ноября 1997. - С. 259269). Найближчим аналогом є спосіб вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання (П.Г. Кашерников, А.Н. Лодыгын, С.С. Мартынов, B.C. Хрунов. Неполяризующиеся детекторы излучений на основе монокристаллов широкозонных полупроводников. Физика и техника полупроводников, 1999. - Том. 39. - Вып. 12. - С. 14751478), в основу якого поставлено вимірювання частоти імпульсів електричного струму крізь систему електрод - газовий проміжок - високоомний напівпровідник - електрод (Е-ГП-Н-Е). На цю систему подається висока (1,0-1,5 кВ) стала електрична напруга. У відсутності дії на систему електромагнітного випромінювання напруга розподіляється між напівпровідником та газовим проміжком у відповідності з їх діелектричними проникностями. При цьому напруга на газовому проміжку недостатня для виникнення його електричного пробою. Після початку дії на систему ЕГП-Н-Е електромагнітного випромінювання породжені ним нерівноважні носії заряду, рухаючись під дією електричного поля та накопичуючись на межі поділу напівпровідник - газовий проміжок, зумовлюють виникнення струму, який пов'язаний з поляризацією. Наслідком цього буде зменшення напруги головним чином на напівпровіднику, але збільшення напруги на газовому проміжку. В певний момент часу ця напруга стане достатньою для виникнення електричного пробою в проміжку і відповідно електричного струму в колі, в яке включена система Е-ГП-Н-Е. Внаслідок протікання цього струму носії заряду, які накопичились на межі поділу напівпровідникгазовий проміжок, будуть в достатній мірі скомпенсовані зарядами з газового проміжку. Тому знову збільшиться напруга, яка припадає на напівпровідник, але зменшиться напруга на газовому проміжку. Тоді електричний пробій в цьому проміжку припиниться. Таким чином відновиться початковий стан вказаної системи і описаний процес буде повторюватись багаторазово. Внаслідок цього в електричному колі, в яке включена система Е-ГП-Н-Е, будуть виникати імпульси струму, частота яких визначається потужністю дози електромагнітного випромінювання Pd. Вимірювання цієї частоти і забезпечує вимірювання Pd. Цей спосіб має наступні недоліки: 1) на утворену напівпровідником систему подається висока напруга; 2) технічно складно виготовити цю систему, забезпечивши досить вузький ( ~ 0,1  мм) газовий проміжок між електродом та напівпровідником; 3) потрібно використовувати спеціальний електронний пристрій, який забезпечує підрахування частоти імпульсів струму. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення технічної ефективності відомого способу шляхом уникнення необхідності використання джерела високої напруги та спеціального пристрою для підрахунку частоти імпульсів струму, а також необхідності створення газового проміжку між електродом та напівпровідником. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання Pd шляхом використання високоомного напівпровідника у формі пластини, на одну з поверхонь якої нанесено металевий електрод, та подачі на цю пластину електричної напруги пластину виготовляють з твердого розчину напівпровідника з високим електроопором, а електроди створюють на обох поверхнях пластини; на пластину подають змінне електричне поле, напруга якого мала і визначається технічними характеристиками приладу для вимірювання електроємності С та тангенса кута діелектричних 1 UA 76301 U втрат tg пластини. Потім вимірюють частотні залежності електроємності Cƒ  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒ  в низькочастотній області. Повторюють таке вимірювання при дії на пластину електромагнітного випромінювання, отримуючи при цьому частотні залежності C  ƒ  та tg  ƒ  . 5 Далі знаходять частотну залежність об'єднаного діелектричного відгуку      згідно з формулою    C  ƒ   Cƒ   tg  ƒ   tgƒ  . З цієї залежності визначають частоту fm , для якої   має максимальне значення. Використовуючи залежності Cƒ  та tgƒ  , визначають 10 значення електроємності Cƒ m  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒ m  , для частоти fm . Піддаючи пластину дії електромагнітного випромінювання з різною заздалегідь визначеною P d, вимірюють C  та tg   пластини як функцію Pd при частоті fm , визначають залежність   від потужності експозиційної дози, отримуючи при цьому характеристичну (робочу) залежність вказаної величини від Pd. Піддаючи пластину дії випромінювання з невідомою потужністю експозиційної дози, вимірюють C  та tg   пластини; потім визначають   . Використовуючи цю 15 20 25 30 35 40 45 50 55 величину та характеристичну залежність для неї, визначають невідому Pd. На відміну від способу, взятого як найближчий аналог, в запропонованому способі вимірювання Pd металеві електроди створюють на обох поверхнях пластини твердого розчину напівпровідника. Використання такого матеріалу має суттєве значення, адже загальновідомо, що твердим розчинам напівпровідників притаманні неоднорідності складу і відповідно крупномасштабні електричні поля, які зумовлюють просторове розділення носіїв заряду електронів та дірок, - що виникли під дією електромагнітного випромінювання. З просторовим розділенням носіїв заряду пов'язано збільшення дійсної й уявної частин діелектричної проникності та відповідно С і tg зразка під дією світла (Мигаль В.П., Рвачев А.Л., Чугай О.Н. Релаксационная поляризация в кристаллах ZnS1-xSex при фотовозбуждении. Физика и техника полупроводников, 1985. - Т. 19. - Вып. 8. - С. 1517-1519) або електромагнітного випромінювання, що використовується в запропонованому способі. Відмінністю цього способу є також те, що на пластину подається не стала, а змінна напруга. До того ж ця напруга досить мала. Крім цього вимірюється не частота імпульсів струму, а електроємність та тангенс кута діелектричних втрат пластини. На фігурах зображено: фіг. 1 - блок-схему пристрою для вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання; фіг. 2 - частотну залежність електроємності пластини (10×10×3 мм) напівпровідника (кристал Cd 0,88Zn0,12Te) з електродами у 137 відсутності дії випромінювання (кр. 1) та при такій дії (кр. 2), випромінювання - гама-кванти Cz з потужністю експозиційної дози 800 мР/год.; фіг. 3 - частотну залежність тангенса кута діелектричних втрат тієї ж пластини з електродами у відсутності дії вищевказаного випромінювання (кр. 1) та при такій дії (кр. 2); фіг. 4 - частотна залежність параметра   ; фіг. 5 залежність параметра   від потужності експозиційної дози вказаного випромінювання при частоті електричного поля 0,3 кГц. Пристрій для вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання складається з: 1 - приладу для вимірювання електроємності та тангенса кута діелектричних втрат (вимірювач імітансу LCR 819); 2 - ектроізолюючої пластини; 3 - пластини з напівпровідника, на обох поверхнях якої виготовлені електроди 4; 5 - електричного екрану. Спосіб здійснюється при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску за допомогою установки, блок-схема якої зображена на фіг. 1. При цьому електромагнітне випромінювання падає на одну з поверхонь пластини з напівпровідника 3, на якій створено електрод 4. Електрод прозорий для випромінювання, яке породжує в об'ємі напівпровідника нерівноважні носії струму. Обидва електроди 4 електрично з'єднані з приладом 1 для вимірювання електроємності та тангенса кута діелектричних втрат пластини. Електрична напруга від цього приладу прикладена до пластини, що забезпечує вимірювання вказаних величин. Електроізолююча пластина 2 ізолює електрод 4 від електричного екрану 5, який у свою чергу забезпечує захист електричного кола від зовнішніх впливів. Для вимірювання потужності експозиційної дози електромагнітного випромінювання виконують наступні операції: а) електроізолюючу пластину 2 розміщують на електричному екрані 5; б) на цю пластину розміщують напівпровідник у формі пластини 3 з нанесеними на її поверхню електродами 4; в) електрично з'єднують електроди з приладом 1 для вимірювання електроємності та тангенса кута діелектричних втрат пластини з електродами; г) ввімкнувши 2 UA 76301 U прилад 1, вимірюють частотні залежності електроємності Cƒ  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒ  в низькочастотній області; д) повторюють таке вимірювання при дії на пластину електромагнітного випромінювання, отримуючи при цьому частотні залежності C  ƒ  та tg  ƒ  ; 5 е) знаходять частотну залежність об'єднаного діелектричного відгуку   згідно з формулою    C  ƒ   Cƒ   tg  ƒ   tgƒ  ; ж) з цієї залежності визначають частоту fm , для якої   має     максимальне значення; з) використовуючи залежності Cƒ  та tgƒ  , визначають значення електроємності Cƒ m  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒ m  для частоти fm ; і) піддаючи пластину дії електромагнітного випромінювання з різною заздалегідь визначеною P d, вимірюють C  та tg   пластини як функцію Pd при частоті fm ; ї) визначають залежність 10 величини   від потужності експозиційної дози, отримуючи при цьому характеристичну (робочу) залежність вказаної величини від Pd; й) піддаючи пластину дії випромінювання з невідомою потужністю експозиційної дози, вимірюють C  та tg   пластини; к) визначають   ; л) використовуючи цю величину та характеристичну залежність для неї, визначають невідому Рd. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб вимірювання експозиційної дози електромагнітного випромінювання шляхом подачі електричної напруги на пластину з високоомного напівпровідника, який відрізняється тим, що пластину виготовляють з твердого розчину високоомного напівпровідника, а електроди створюють на обох поверхнях пластини; на пластину подають змінну електричну напругу, вимірюють частотні залежності електроємності Cƒ  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒ  в низькочастотній області, повторюють таке вимірювання при дії на пластину електромагнітного випромінювання, отримуючи при цьому частотні залежності C  ƒ  та tg  ƒ  ; 25 знаходять частотну залежність об'єднаного діелектричного відгуку   згідно з формулою        C  ƒ   Cƒ   tg  ƒ   tgƒ  ; з цієї залежності визначають частоту fm , для якої   має максимальне значення; використовуючи залежності Cƒ  та tgƒ  , визначають значення електроємності Cƒ m  та тангенса кута діелектричних втрат tgƒm  для частоти fm ; піддаючи пластину дії електромагнітного випромінювання з різною заздалегідь визначеною Pd , 30 вимірюють C  та tg   пластини як функцію Pd при частоті fm ; визначають залежність   від потужності експозиційної дози, отримуючи при цьому характеристичну (робочу) залежність вказаної величини від Pd піддаючи пластину дії випромінювання з невідомою потужністю експозиційної дози, вимірюють C  та tg   пластини; потім визначають   ; використовуючи цю величину та характеристичну залежність для неї, визначають невідому Pd . 35 3 UA 76301 U 4 UA 76301 U 5 5 UA 76301 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 6