Детектор ионизирующих и ультрафиолетовых излучений

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(72) Авторы Лыньков Леонид Михайлович Гасенкова Ирина Владимировна Мухуров Николай Иванович Вахиох Мохсин Ясин(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники(57) Детектор ионизирующих и ультрафиолетовых излучений, содержащий выполненную из диэлектрика с высокой прозрачностью в оптическом диапазоне подложку с перпендикулярными обеим ее поверхностям отверстиями, которые заполнены сцинтиллятором,чувствительным к ионизирующим излучениям в широком диапазоне энергий, диаметр отверстий больше диаметра частиц сцинтиллятора в три и более раз, и фотоприемник, отличающийся тем, что сцинтиллятор со стороны, обращенной к источнику ультрафиолетового излучения, содержит части отверстий, заполненных чувствительными к ультрафиолетовому излучению частицами люминесцирующей компоненты и тонкопленочным покрытием из того же соединения на поверхности подложки, противоположной фотоприемнику, причем толщина слоя чувствительных к ультрафиолетовому излучению частиц составляет не менее 10 мкм, а толщина тонкопленочного покрытия менее 2, где- диаметр перпендикулярных обеим поверхностям подложки отверстий.(56) 1. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. В 2-х т. Т. 1. Физика атомного ядра. - М. Атомиздат, 1974. - 584 с. 2. Артюков И. Детекторы ультрафиолетового излучения // Фотоника. - 2008. -5. С. 26-33. 95512013.10.30 3. Калашникова В.И., Козодаев М.С. Детекторы элементарных частиц Учебное пособие для вузов. - М. Наука, 1966. - 241 с. 4. Детектирующий радиацию пластик, /////0629.,////16724. 5. Патент РБ на полезную модель 8898, МПК (2006.01)011/00, (прототип). Полезная модель относится к области радиобиологии, медицины, а именно к области измерений интенсивности ионизирующих и ультрафиолетовых излучений. Она может быть использована как для обнаружения радиоактивных материалов, проведения радиационного мониторинга местностей, таможенного контроля ядерных материалов, контроля радиационной обстановки в зонах, где имеются источники радиоактивных излучений(атомные станции, предприятия атомной промышленности, научно-исследовательские институты, морские суда с атомными реакторами, места захоронения радиоактивных отходов и др.), так и для контроля уровня ультрафиолетового излучения естественного и искусственного происхождения. Детектор ионизирующих излучений - чувствительный элемент средства измерений,предназначенный для регистрации ионизирующего излучения. Действие детектора основано на явлениях, возникающих при прохождении ионизирующего излучения через вещество (рабочую среду детектора). Детектор ультрафиолетовых излучений - чувствительный элемент средства измерений, предназначенный для регистрации ультрафиолетового излучения. Действие детектора основано на явлениях, возникающих при прохождении ультрафиолетового излучения через вещество (рабочую среду детектора). Детекторы поглощают и накапливают энергию ионизирующего излучения в молекулярных центрах люминесценции и способны высвечивать накопленную энергию при освещении ультрафиолетовым светом или при нагревании 1. Медики делят ближний ультрафиолет (энергия 3,3 эВ, длина волныдо 380 нм) на три участка - (400-315 нм), - (315-280 нм) и - (280-200 нм). Самый мягкий ультрафиолет - стимулирует освобождение меланина, запасенного в меланоцитах - клеточных органеллах, где он вырабатывается. Более жесткий ультрафиолет запускает производство нового меланина, а также стимулирует выработку в коже витамина 2. В составе солнечного света у поверхности Земли до 99 ультрафиолета приходится на участок -, а остальное - на -. Излучение в диапазоне - обладает бактерицидным действием в солнечном спектре его намного меньше, чем - и -, кроме того, большая его часть поглощается в атмосфере. Ультрафиолетовое излучение вызывает иссушение и старение кожи и способствует развитию раковых заболеваний. Причем излучение в диапазоне - увеличивает вероятность самого опасного вида рака кожи - меланомы. Излучение - практически полностью блокируется защитными кремами, в отличие от -, которое проникает через такую защиту и даже частично через одежду. В целом считается, что очень небольшие дозы - полезны для здоровья, а остальной ультрафиолет вреден. Известно большое число методов и устройств регистрации ионизирующих и ультрафиолетового излучений, основанных на различных физических принципах 2, 3. Известна конструкция детектора радиоактивного излучения под коммерческим названием 4, которая представляет собой подложку на основе полиэфирных смол с внедренными частицами сцинтиллятора. Приходящее излучение заставляет атомы сцинтиллятора возбуждаться и излучать фотоны. Этот свет принимается фотоприемником,преобразуется в импульс тока, усиливается и записывается регистрирующей системой. За 2 95512013.10.30 счет модифицированной молекулярной структуры вещества оно превзошло по интенсивности люминесценции, индексу преломления и плотности другие сцинтилляторы. Кроме того, детекторпластичен. Недостатком данной модели является недостаточные чувствительность, точность измерения ионизирующих излучений и радиационная прочность детектора , его узкий рабочий диапазон регистрации ионизирующих излучений, его чувствительность к изменению характеристик окружающей среды, прежде всего к температуре, солнечному излучению и интенсивности ионизирующих излучений. Кроме того, данный детектор не обеспечивает измерение ультрафиолетового излучения, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности. Наиболее близкой по технической сущности является полезная модель детектора ионизирующего излучения 5, содержащая выполненную из диэлектрика с высокой прозрачностью в оптическом диапазоне подложку с перпендикулярными обеим ее поверхностям отверстиями, которые заполнены сцинтиллятором, чувствительным к ионизирующим излучениям в широком диапазоне энергий, диаметр отверстий больше диаметра частиц сцинтиллятора в три и более раз, и фотоприемник. Недостатком данной модели является невозможность обеспечить измерение как ионизирующего, так и ультрафиолетового излучения, т.е. ограниченные функциональные возможности. Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей при сохранении минимальных массогабаритных характеристик. Поставленная цель достигается за счет заполнения части отверстий, обращенных к источнику ультрафиолетового излучения, чувствительными к нему частицами люминесцирующего вещества и тонкопленочным покрытием из того же соединения поверхности подложки, противоположной фотоприемнику. Решение технической задачи достигается тем, что детектор ионизирующих и ультрафиолетовых излучений, содержащий выполненную из диэлектрика с высокой прозрачностью в оптическом диапазоне подложку с перпендикулярными обеим ее поверхностям отверстиями, которые заполнены сцинтиллятором, чувствительным к ионизирующим излучениям в широком диапазоне энергий, диаметр отверстий больше диаметра частиц сцинтиллятора в три и более раз, и фотоприемник, сцинтиллятор со стороны, обращенной к источнику ультрафиолетового излучения, содержит части отверстий, заполненных чувствительными к ультрафиолетовому излучению частицами люминесцирующей компоненты и тонкопленочным покрытием из того же соединения на поверхности подложки,противоположной фотоприемнику, причем толщина слоя чувствительных к ультрафиолетовому излучению частиц составляет не менее 10 мкм, а толщина тонкопленочного покрытия менее 2, где- диаметр перпендикулярных обеим поверхностям подложки отверстий. Совокупность указанных признаков обеспечивает расширение рабочего диапазона длин волн (от рентгена до ультрафиолета), к воздействию которых чувствителен детектор,при сохранении минимальных массогабаритных характеристик за счет наличия двух чувствительных к рентгену и ультрафиолету слоев сцинтиллирующих соединений, а также применением высокотемпературной алюмооксидной керамики, незначительно изменяющей свои характеристики даже при высоких интенсивностях ионизирующего и ультрафиолетового излучений и значениях температур окружающей среды. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлено схематическое изображение детектора ионизирующих и ультрафиолетовых излучений в разрезе, на котором 1 - диэлектрическая подложка,2 - отверстия,3 - фотоприемник,4 - частицы люминесцирующего от ультрафиолета компонента,3 95512013.10.30 5 - тонкопленочное покрытие, чувствительное к ультрафиолету. На фиг. 2 представлено схематическое изображение разреза отдельных отверстий 2,заполненных в верхней части отверстий частицами люминесцирующего от ультрафиолета компонента 5 и тонкопленочным покрытием из того же соединения на поверхности подложки, противоположной фотоприемнику 4, на котором 6 - частицы люминесцирующего от рентгена компонента. Детектор ионизирующих и ультрафиолетовых излучений состоит из диэлектрической подложки 1 и фотоприемника 3. Диэлектрическая подложка 1 выполнена из анодного оксида алюминия (23) и имеет периодическую систему параллельных друг другу отверстий 2 (диаметром 10-200 нм) (фиг. 1), которые заполнены частицами люминесцирующего от рентгена компонента 6 (фиг. 2). В верхней части отверстия 2 заполнены частицами люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4. На поверхности диэлектрической подложки 1, противоположной фотоприемнику 3, сформировано тонкопленочное покрытие,чувствительное к ультрафиолету 5. За счет малых размеров частиц сцинтиллятора (от единиц до сотен нанометров), его разного состава и чувствительности к ионизирующим и ультрафиолетовым излучениям в широком диапазоне энергий достигается расширение функциональных возможностей детектора. Экспериментально определено, что при размерах частиц люминесцирующего от рентгена компонента 6 и частиц люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4 как минимум в три раза меньших, чем диаметры отверстий 2, достигается высокая плотность заполнения отверстий, и, как следствие, больший объем взаимодействия частиц люминесцирующего от рентгена компонента 6 с ионизирующими излучениями и частиц люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4, как следствие, более высокая чувствительность к ним. Заполнение в верхней части отверстий частицами люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4 и формирование на поверхности диэлектрической подложки 1, противоположной фотоприемнику 3 тонкопленочного покрытия, чувствительного к ультрафиолету 5, позволяют воспринимать детектором как рентгеновское, так и ультрафиолетовое излучения. Экспериментально определено, что для обеспечения высокой чувствительности к ультрафиолетовому излучению толщина слоя частиц люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4 в верхней части отверстий 2 должна быть не менее 10 мкм, а толщина тонкопленочного покрытия, чувствительного к ультрафиолету 5, должна быть не более 2, где- диаметр отверстий 2. Рентгеновское излучение практически беспрепятственно проходит через слой частиц люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4 и тонкопленочного покрытия,чувствительного к ультрафиолету 5. Диэлектрические подложки 1 изготовлены из анодного оксида алюминия методом электрохимического окисления алюминия и имеют периодическую систему отверстий 2,диаметр которых может регулироваться технологическими режимами от 10 до 200 нм, а с помощью фотолитографии и до сотен мкм. Заполнение отверстий 2 частицами люминесцирующего от рентгена компонента 6 и частицами люминесцирующего от ультрафиолета компонента 4 проводится с помощью золь-гель метода при избыточном давлении или разрежении. Тонкопленочное покрытие, чувствительное к ультрафиолету 5, формируется вакуумным напылением. При толщинах до 50 мкм подложка из анодного оксида алюминия остается достаточно пластичной. Детектор ионизирующих и ультрафиолетовых излучений работает следующим образом. При воздействии ионизирующих излучений поток частиц или квантов возбуждает атомы люминесцирующей от рентгена компоненты 6, и они испускают фотоны в видимой области спектра. Это излучение регистрируется фотоприемником 3, преобразуется в электрический ток, усиливается и отображается регистрирующей системой. При воздействии ультрафиолетовых излучений возбуждаются атомы чувствительной к люминесцирующей от ультрафиолета компоненты 4 и тонкопленочного покрытия, чув 4 95512013.10.30 ствительного к ультрафиолету 5. Они испускают фотоны в видимой области спектра, которые фиксируются визуально по изменению окраски поверхности диэлектрической подложки 1, обращенной к источнику ультрафиолетового излучения. Выполнение конструкции из алюмооксидной керамики с периодической системой отверстий 2, заполненных частицами люминесцирующей от рентгена компоненты 6 и чувствительной к люминесцирующей от ультрафиолета компоненты 4, и тонкопленочного покрытия, чувствительного к ультрафиолету 5, позволяют расширить функциональные возможности полезной модели при сохранении минимальных массогабаритных характеристик. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5