Дозиметр

 

1. ДОЗИМЕТР, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пластины из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее OIQSIU SK ;fffOT ifi устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменяемых поглощенных доз, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиационного изменения модуля упругости, отличным от коэффициента радиационного изменения модуля упругости монокристалла , а регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба. 2. Дозиметр по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью упрощения конструкции дозиметра, чувствительный элёмен одним концом закреплен в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным устройством-измерителем деформации. Cfd сл ОЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3310582/18-25 (22) 13.04.81 (46) 30.04.86, Бюл. № 16 (71) Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова (72) А.Д.Погребняк и Е.И.Розум (53) 621.386 ° 82(088,8) (56) Заявка Японии № 44-14160, кл. G 01 Т 1/02, опублик. 1969 °

Патент США № 3453430, кл. С 01 Т 1/02, опублнк. 1969.

Заявка Японии № 45-8220, кл. С 01 Т 1/202, опублик. 1970 ° (54)(57) 1. ДОЗИМЕТР, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде пластины из монокристалла с нанесенной пленкой, и регистрирующее

„„su„„> 026550 A (Я) 4 С 01 Т 1/02 устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменяемых поглощенных доз, пленка чувствительного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиационного изменения модуля упругости, отличным от коэффициента радиационного изменения модуля упругости монокристалла, а регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба.

2. Дозиметр но п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции дозиметра, чувствительный элемент одним концом закреплен в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным устройством-измерителем деформации.

1 1

Изобретение относится к дозиметрии ионизирующего излучения при работе в активных зонах ускорителей и реакторов.

Известны устройства измерения дозы излучений, в которых имеется чувствительный элемент (датчик), выполненный иэ материала (например, сернистого кадмия или кадмийселенового сплава), у которого электрическое сопротивление меняется пропорционально дозе . облучения. Чувствительный элемент выполнен в виде зигзагообразных электродов и при облучении меняется сопротивление, изменение которого фиксируется измерительным прибором.

Недостатком данного устройства является малая доза измеряемого из,— лучения (не более 10 рад, так как

5 при дальнейшем увеличении дозы излучения зависимость сопротивления от дозы меняется непропорционально), Известны устройства, которые также используются для измерения малых доз излучения (не более 10 рад) и в ко9 торых чувствительным элементом является плавленный кварц. На плавленный кварц направляют поток измеряемого излучения. Под действием излучения изменяется цвет пластинки кварца за счет образования центров окраски.

Изменение окраски регистрируют как визуально, так и спектрометром. Эта окраска является индикатором дозы излучения °

Недостатком этого устройства является малая доза измеряемого излучения (до 10 рад) при увеличении

7 дозы более 10 рад наблюдается насы8 щение образования центров окраски, Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения ионизирующего излучения, содержащее чувствительный элемент, выполненный в

I виде пластины из монокристалла с нанес е иной пле н кой, и р е ги ст рирующе е ус тройство.

В известном устройстве чувствительный элемент выполнен из кристалла кремния, покрытого оксидной пленкой. На чувствительный элемент воздействуют потоком ионизирующей радиации, под действием которой поверхность раздела кремниевого кристалла и оксидной пленки изменяет свои электрические характеристики, например электрическое сопротивление. Be" личина такого радиационного изменения, пропорциональна поглощенной дозе ра026550 2 диации, Это изменение электрического сопротивления фиксируют электрической схемой и определяют величину поглощенной дозы радиации.

После однократного измерения поглощенной дозы излучения производится восстановление свойств чувствительного элемента путем отжига наведенных в нем радиационных дефектов.

Такой отжиг осуществляют нагреванием чувствительного элемента до высокой температуры.

К недостаткам такого дозиметра относится небольшой диапазон измеря- емых поглощенных доз (до 10 рад), 7 измерение только одного вида излучения (g-излучение) .

Целью изобретения является расширение диапазона регистрируемых о поглощенных доз до 10 рад. 2

Для достижения поставленной цели в известном устройстве, содержащем чувстцительный элемент в виде пластины из монокристалла с нанесенной на его поверхность пленкой, регистрирующее,устройство и нагреватель чувствительноro элемента, пленка чувствителъного элемента выполнена из материала с коэффициентом радиа30 ,ционного изменения модуля упругости ю отличным от радиационного изменения модуля упругости монокристалла. Регистрирующее устройство выполнено в виде измерителя деформации изгиба чувствительного элемента.

Кроме того, с целью упрощения конструкции дозиметра, пластина чувcTBHTeJIbHoi o элемента одним концом закреплена в корпусе дозиметра, а другой конец связан со стрелочным

40 устроиством — измерителем деформации.

На фиг, 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 графически показана зависимость разности коэффициентов упругости для

45 чувствительных элементов из этих материалов от дозы облучения тепловыми нейтронами для элемента Ве0А12 0, на фиг. 3 - то же, участок для элемента Ве0-GaAs и участок П

50 для элемента Si02-81 Представленные кривые указывают на линейный характер изменения разности коэффициентов упругости от дозы облучения и, следовательно, на линейную зависимость

5 деформации изгиба от дозы.

Дозиметр содержит чувствительный элемент 1, представляющий собой монокристалл 2 с нанесенной на него

3 1 пленкой 3. Пластина чувствительного элемента закреплена одним концом в корпусе 4, шкала 5 и стрелка 6 на свободном конце чувствительного элемента являются измерителем деформа-.. ции изгиба пластины чувствительного элемента. Нагревателем в данном дозиметре служит источник 7 тока, подключенный одной клеммой к шкале 5, выполненной из металла, а второй клеммой — непосредственно к пластине чувствительного элемента. Монокристалл выполнен из токопроводящего ма" териала и нагревателя при прохождении через него тока.

Устройство работает следующим образом.

Поток ионизирующей радиации пада ет на чувствительный элемент 1 и стимулирует в монокристалле 2 и нанесенной пленке 3 образование дефектов.

Как известно, под действием ионизирующей радиации в твердых телах возникают радиационные нарушения, которые при достаточном количестве ведут к изменению химических, физи.ческих, электрических, механических и прочих свойств. В частности, под действием радиации существенно изме . няются упругие свойства твердых тел, т.е. измЕняется величина модуля упругости и, кроме того, изменяется плотность материала. Величина изменения плотности и модуля упругости зависит от материала, вида ионизирующей радиации и величины поглощенной дозы. Чем больше поглощенная доза, тем больше изменяется модуль упругости и плотность материала.

Таким образом, в чувствительном элементе 1, состоящем из двух жестко соединенных пластин из разных материалов, под действием ионизирующей радиации будут по разному изменяться геометрические размеры и модули упругости этих пластин. Одна пластина будет растягиваться больше, чем вторая, в них возникнут упругие напряжения, в результате чего такая пара пластин изогнется и примет вид части сферической поверхности с радиусом изгиба R = f(D, Ku, С,, С, К,), где

D — поглощенная доза излучения; K„— коэффициент, учитывающий различие действия разных видов ионизирующей радиации на механические свойства твердых тел, т.е. на величину уменьшения плотности материала и уменьше026550

4 ния модуля упругости, С и С вЂ” моду ли упругости первой и второй пласти- ны; К вЂ” коэффициент, учитывающий геометрические параметры чувствительного элемента. При достаточно большом значении отношения длины элемента к ширине Н элемент изогнется практически по дуге радиуса R. Необходимо учесть, что значения модулей упру1р гости С и С, входящие в формулу радиуса изгиба R также зависят от поглощенной дозы радиации (О К„).

Чем больше эквивалентная поглощенная доза (Э К„), тем больше радиус изги15 ба чувствительного элемента, и поэтому по величине деформации изгиба чувствительного элемента, возникающей за счет поглощения излучения, можно определить с достаточной точ 0 ностью величину поглощенной дозы.

Деформацию пластины чувствительного элемента измеряют с помощью стрелки и шкалы 5, проградуированной в единицах поглощенных доз.

25 В известном устройстве (в прототипе) изменения электрического сопротивления границы раздела пленкаподложка от поглощенной дозы имеет линейный характер для доз не выше т

10 рад. Изменение же под действием радиации плотности твердых тел и измерения модуля упругости имеет линейный характер в значительно большем диапазоне поглощенных доз вплоть до 10

35 рад. Таким образом, положительный эффект — расширение диапазона измеряемых паглощенных доз — достигается в предлагаемом изобретении измерением величины деформации упругого из40 гиба чувствительного элемента.

Подбирая материалы для чувствительного элемента (материалы пленки и кристалла) и их геометрические размеры, можно получить такие чувствительные элементы, с помощью кото45 рых можно измерять поглощенные дозы в широком диапазоне значений (например, от 102 до 10 рад). Увеличение 1Й поглощенной дозы свыше 10 рад

1) м (т.е. 10, 10 рад и т.д. ) приводит

50 к тому, что зависимость величины де- формации чувствительного элемента от величины поглощенной дозы становится непропорциональной или вообще исчезает. Вследствие этого определение

55 поглощенной дозы свыше 10 рад становится или вообще невозможным, или существенно сложным. Нижнее значение поглощенной дозы 10 рад определяЙЕ, /

B б

©г po yp«« 7«й ум

Фиг. 2

0 Э

Ж, ИУ

Ю Ю Ю Ю У род

Фиа 3

Редактор О. Кузнецова Техред Н.Бонкало

Корректор В. Синицкая

Заказ 2331/3

Тираж 728

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 . 102 ется минимальной деформацией чувствительного элемента, которую можно уверенно фиксировать.

После однократного измерения поглощенной дозы излучения необходимо восстановление рабочих свойств чувствительного элемента. В предлагае« мом дозиметре это осуществляется прогревом чувствительного элемента вью. сокой температуры (600-700 С) .в течение 5-10 мин путем пропускания через него электрического тока от источника 4. После отжига чувствительный элемент полностью восстанавливает свой свойства, пластина распрямляется и вновь может быть использована для измерения поглощенной дозы излучения.

Точность измерения повышается с увеличением длины. чувствительного элемента, уменьшением его толщины.

Кроме того, точность измерений зависит от величины различия радиационного изменения плотности материалов чувст6550 6 вительного элемента и их модулей упругости.

Пример. Чувствительный элемент предлагаемого дозиметра может быть выполнен из следующих пар материалов: ВеО-Al. O>, BeO-СаАз, SiOz Si

Как показывают результаты экспериментальных исследований влияния дозы облучения электронами н даже рентге1О новскими лучами на механические (упругие) свойства и плотйость материалов, эти зависимости имеют линейный характер практически во всем исследованном (10 -10 рад) диапа«2 «з

15 зоне поглощенных доз.

Применение предлагаемого дозиметра обеспечит по сравнению с базовым объектом следующие преимущества: увеличение диапазона измеряемых

2о поглощенных доз ионизирующей радиации до 10 " рад, измерение поглощенных доз для раз" личных видов ионизирующего излучения; простоту конструкции, работы и

25 эксплуатации.