Устройство для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения
Использование: в дозиметрических методах контроля рентгеновского и гамма-излучения на базе полупроводниковых детекторов. Задача изобретения: создание устройства регистрации рентгеновского и гамма излучения в автокалибровочном режиме коррекции чувствительности детекторов. Сущность изобретения: используют три полупроводниковых детектора, чувствительных в диапазоне рентгеновского и гамма-излучения, с фильтром над одним из двух первых, три источника постоянного напряжения, четыре операционных усилителя и логическую схему. При облучении сигналы с выходов двух первых детекторов через операционные усилители поступают на входы логической схемы, выход который через третий операционный усилитель изменяет напряжение на входе третьего детектора, и таким образом корректирует его чувствительность, четвертый операционный усилитель, подключенный к выходу третьего детектора, является выходом устройства.
Полезная модель относится к дозиметрическим методам контроля рентгеновского и гамма-излучения на базе полупроводниковых детекторов.
Известно устройство для контроля высокого напряжения в рентгеновских аппаратах, содержащее два детектора с различной спектральной чувствительностью, перед которыми установлен ступенчатый фильтр [1].
Из числа известных технических решений наиболее близким к предложенному является устройство для контроля рентгеновского и гамма излучения [2], содержащее первый и второй детекторы излучения, первый и второй операционные усилители, логическую схему с четырьмя входами и рентгеновский фильтр, установленный перед одним из детекторов. Выход каждого детектора подключен к входу соответствующего операционного усилителя, соединенного своим выходом с соответствующим входом логической схемы, выход которой является выходом устройства.
К недостаткам этих технических решений относится невозможность регистрации рентгеновского и гамма излучения в автокалибровочном режиме коррекции чувствительности детекторов.
Техническая задача, решаемая предложенным устройством, состоит в обеспечении коррекции чувствительности детекторов в автокалибровочном режиме. Для решения поставленной задачи в известное устройство дополнительно введены третий детектор излучения, первый, второй и третий источники постоянного напряжения, третий и четвертый операционные усилители, при этом выход первого и второго источника напряжения подключены к входам соответственно первого и второго детектора, выход третьего детектора подключен к входу четвертого операционного усилителя, выход третьего источника напряжения соединен с входом питания третьего операционного усилителя, сигнальный вход которого соединен с выходом логической схемы, выход третьего операционного усилителя подключен к входу третьего детектора, рентгеновский фильтр установлен над первым детектором, а выход четвертого операционного усилителя является выходом устройства.
Предложенное устройство (см. фиг.1) содержит первый 1, второй 2 и третий 3 детекторы излучения, первый 4, второй 5 и третий 6 источники постоянного напряжения, первый 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 операционные усилители, логическую схему 11 с четырьмя входами X1, Y1, Х2, Y2 и рентгеновский фильтр 12. Выход первого детектора 1 соединен с входом первого операционного усилителя 7, а к его входу подключен выход первого источника 4 напряжения. Выход второго детектора 2 соединен с входом второго операционного усилителя 8, а к его входу подключен выход второго источника 5 напряжения. Выход третьего детектора 3 подключен к входу четвертого операционного усилителя 10. Выход третьего источника 6 напряжения соединен с входом питания третьего операционного усилителя 9. Выход первого 7 и второго 8 операционного усилителя подключены соответственно к первому X1 и второму Y1 входам логической схемы 11, третий Х2 и четвертый Y2 входы которой подключены к общей шине. Выход логической схемы 11 соединен с входом третьего 9 операционного усилителя, выход которого подключен к входу третьего детектора 3. Выход четвертого 10 операционного усилителя является выходом устройства.
Устройство работает следующим образом. Два идентичных детектора 1 и 2 при облучении рентгеновским излучением, выдают фототоки, которые с помощью операционных усилителей 7 и 8 преобразуются соответственно в напряжения U1 и U2 и поступают на логическую схему 11, причем детектор 1 закрыт фильтром 12. На выходе логической схемы 11 сигнал соответствует формуле:
При данном включении напряжение на выходе логической схемы 11 будет:
Детектор 3, в общем случае не идентичный двум первым, вводится под высокоэнергетический поток излучения фотонов. На входы детекторов 1 и 2 подается постоянное напряжение от источников 4 и 5, а напряжение третьего источника 6 подается на вход питания третьего операционного усилителя 9, который обеспечивает раскачку напряжения U0 с выхода логической схемы 11 до 100 В и более, равное V3 и поступающее на вход детектора 3. С подачей постоянного напряжений смещения на входы детекторов 1 и 2 напряжение смещения V3 на входе детектора 3 будет функция
зависящая как от общего напряжения смещения V1 и V2 на входах детекторов 1 и 2, так и от линейного поглощения µ и толщины d фильтра 12. Коэффициент µ является убывающей функцией при возрастании энергии облучаемых фотонов, рентгеновского либо гамма излучения [3]. Выход операционного усилителя 10 является выходом устройства.
Рассмотрим зависимость данной функции (3) в применении детекторов CdTe (CdZnTe). Облучение детекторов 1, 2 и 3 проводится со стороны выходного контакта, а на их нижний входной контакт подводится напряжение соответственно V1, V2 и V3. Напряжение смещения V3 для контрольного детектора 3 будет соответственно:
где k -коэффициент усиления сигнала операционного усилителя 11, f(Vi) - функция, зависящая от Vi (i=1,2) и определяющая эффективность сбора неравновесных носителей заряда [1]. Согласно (4) значение опорного входного напряжения У3 для контрольного детектора 3 является монотонно возрастающей функцией при увеличении энергии облучаемых высокоэнергетических фотонов (от 50 КэВ и более), а, как известно чувствительность детекторов CdTe (CdZnTe) падает при увеличении энергии облучения [4]. Соответственно при увеличении опорного напряжения на контрольном детекторе 3, чувствительность детектора возрастает. Сигнал с этого детектора считывается на выходе операционного усилителя 10. Данная рассмотренная оптоэлектронная пара: детектор - усилитель работает в диапазоне воспринимаемых полосы частот: 0÷1 МГц.
Таким образом, данное устройство позволяет выравнивать фототок детекторов CdTe (CdZnTe) и осуществлять коррекцию энергетической зависимости чувствительности регистрации их в диапазоне облучаемых высокоэнергетических фотонов от 50 кэВ и более. Оптимизировать коррекцию энергетической характеристики можно варьированием параметрами: V1, V2 , µ, d.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заявка RU 2038705 C1 oт 27.06.1995.
2. Дворянкин В.Ф., Дикаев Ю.М., Кудряшов А.А., Соколовский А.А. // Измерительная техника, 2003, 
8, С.56-58.
3. Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. -Киев: Наукова думка, 1975.
4. Захарченко А.А., Наконечный Д.В., Шляхов И.Н., Рыбка А.В., Кутний В.Е., Хажмурадов М.А. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2007, 1, С.28-31.
Устройство для измерения интенсивности рентгеновского и гамма-излучения, содержащее первый и второй детекторы излучения, первый и второй операционные усилители, логическую схему и рентгеновский фильтр, установленный перед одним из детекторов, при этом выход первого детектора соединен с входом первого операционного усилителя, выход второго детектора соединен с входом второго операционного усилителя, выходы первого и второго операционных усилителей подключены к входу логической схемы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит третий детектор излучения, первый, второй и третий источники постоянного напряжения, третий и четвертый операционные усилители, при этом выходы первого и второго источников напряжения подключены к входам соответственно первого и второго детекторов, выход третьего детектора подключен к входу четвертого операционного усилителя, выход третьего источника напряжения соединен с входом питания третьего операционного усилителя, сигнальный вход которого соединен с выходом логической схемы, выход третьего операционного усилителя подключен к входу третьего детектора, рентгеновский фильтр установлен над первым детектором, а выход четвертого операционного усилителя является выходом устройства.
