РАДИАЦИОННО-СТОЙКИЙ ДЕТЕКТОР ПРОНИКАЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Изобретение относится к ядерной физике и технике и может быть использовано для детекторования ионизирующих излучений, для контроля радиоактивности окружающей среды и дозиметрии сверхвысоких потоков ионизирующих излучений.

Современные дозиметры, как правило, используют специальные среды с большим временем памяти ионизации или физико-химическим изменением среды. Твердотельные и газовые детекторы ионизирующих излучений регистрируют заряды, образованные ионизирующим излучением. Чтобы сохранить свободные заряды на время регистрации, среда (твердое тело, газ) должна отвечать жестким требованиям либо по чистоте приготовления, либо по химическому составу. В сильных полях ионизирующих излучений среды, однако, претерпевают физические и химические изменения (старение), которые приводят к ухудшению характеристик детектора.

В качестве прототипа выбран детектор на основе наиболее радиационно стойкого материала для измерения ионизации алмаза [1]. Детектор представляет собой твердотельную ионизационную камеру, в которой под действием ионизирующего излучения рождаются электроны и дырки. Они дрейфуют к проводящим электродам, находящимся под различными электрическими потенциалами. Сила тока пропорциональна интенсивности излучения. Беспримесный алмаз выдерживает дозы облучения примерно до 10¹⁵ нейтронов/см² [2]. Однако с ростом дозы его характеристики, прежде всего выход ионизации или ток, резко ухудшаются (ток падает). Кроме того алмазы, даже синтетические, дороги и требуют технологию высокой чистоты производства. С другой стороны известно, что большинство металлов не меняет своих характеристик при дозах, значительно превосходящих предельные дозы для алмаза (примерно до 10¹⁹ нейтронов/см² для конструкционной стали [2]). Металлы, однако, имеют очень малое время сохранения свободных зарядов и практически не пригодны для регистрации ионизационных сигналов.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение класса материалов для измерения ионизации в детекторе и повышение его радиационной стойкости. Поставленная задача решается следующим образом.

Известно, что проникающие излучения вызывают появление плазмонов, электронов и других квазичастиц в твердом теле. Плазмон-поляритонами (ПП) называют квазичастицы, которые возникают в результате взаимодействия фотонов и электронов в твердом теле, в частности в металле. Поверхностные ПП (ППП) распространяются как поверхностная электромагнитная волна с импульсом, превосходящим импульс объемных ПП, вдоль границы твердого тела (металл) и газа (вакуума) [2]. ППП подразделяются на быстрые (волны Ценника) и медленные (волны Фано). Последние достаточно хорошо изучены экспериментально [3]. Если ППП распространяются вдоль поверхности твердого тела (металла), то при подходе к клиновидному ребру они частично выходят наружу, преобразуясь в фотоны. Экспериментально наблюдалась ППП - фотон конверсия на краях нагретых металлических пластин [4, 5].

Предлагаемый способ свободен от недостатков, характерных для детекторов, измеряющих ионизацию напрямую, поскольку в нем регистрируются конечные возбуждения тепловой природы, а именно ППП, которые возникают в результате поглощения любых начальных квазичастиц (электронов, фотонов, плазмонов), образованных проникающим ионизирующим излучением. Тем самым резко расширяется круг материалом, которые могут быть использованы в качестве рабочего тела детектора. В частности, ими могут быть особо радиационно стойкие металлы или твердые оксиды.

Предложенный способ реализуется с помощью устройства, схема которого изображена на фиг.: 1 - проникающее излучение, 2 - рабочее тело детектора, 3 - область распространения ППП, 4 - клин преобразования ППП в фотоны, 5 - фотоны, 6 - регистратор фотонов.

В данном устройстве предлагается использовать ППП - фотонную конверсию для регистрации проникающих излучений широкого спектра частиц, интенсивности и энергий. Устройство представляет собой вытянутую пластину твердого тела (2) с клиновидным краем (4), помещенную в зону проникающего излучения (1). В качестве твердого тел можно использовать металл или твердый оксид с существенно повышенной по сравнению с алмазом радиационной стойкостью. Клиновидный край просматривается регистратором фотонов (тепловизором, фотоумножителем и т.п.).

Литература

1. Bauer С., Baumann I., Colledanib C. et al. Nucl. Inst. and Meth. A 367 (1995) 207-211.

2. Радиационная стойкость материалов. Справочник, под ред. В.Б. Дубровского, М., 1973.

3. Агранович В.М., Миллс Д.Л. (ред.) Поверхностные поляритоны:

Электромагнитные волны на поверхностях и границах раздела сред. Наука, 1985.

4. Zayts A.V., Smolyaninov I.I., Maradunin A.A., Phys. Rep., 408 (2005) 131.

5. Latyshev A.N. et al., J. Opt. Soc. Am., B26 (2009) 397.

6. Зон В.Б., Зон Б.А., Клюев В.Г. и др., УФН 181 (2011) 305.