Охлаждаемый полупроводниковый датчик ядерных излучений

Охлаждаемый полупроводниковый датчик ядерных излучений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОХЛАЖДАЕМЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащий полупроводниковый детектор (ППД), головной каскад предусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух польк, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных металлических цилиндров, из которых внешний служит шиной питания ПДЦ, установленного внутри .этого цилиндра в его торцовой части, а внутренний экраном головного каскада предусилителя , расположенного в его полости, и прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку, отличающийся тем, что, с целью повьш1енкя энергетического разрешения путем обеспечения оптимальных рабочих температур ШТД и головного каскада предусилителя, внешний цилиндр с торца, противоположного месту установки ППД, соединен непосредS ственно с хладопроводом криостата, свободный торец внутреннего цилиндра изолирован от внешнего цилиндра вакуумным зазором, а диэлектрическая прокладка выполнена из теплоизоляционного материала. СО со со 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV С8ИДЕТЕЛЬСТВУ

ВСг . Щ Я.,13 (21) 3318094/18-25 (22) 09.07.81 (46) 07.09.87. Бюл. № 33 (72) Ю,В.Ефремов, А.Б.Пчелинцев и Ю.А.Голубев (53) 539.1.074.55(088.8) (56) Балдин С.А. и др. Прикладная спектрометрия с полупроводниковыми детекторами, И., Атомиздат, 19?4, с.283-284.

Авторское свидетельство СССР № 713287, кл. G 01 Т 1/24, 1978. (54) (57) ОХЛАЖДАЕИЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДАТЧИК ЯДЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ, содержащий полупроводниковый детектор (ППД), головной каскад предусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных ме„„SU„„999784 (5D 4 G 01 Т 1/24, Н 01 ? 31/02 таллических цилиндров, из которых внешний служит шиной питания ППД, установленного внутри этого цилиндра в его торцовой части, а внутренний— экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости, и прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетического разрешения путем обеспечения оптимальных рабочих температур ППД и головного каскада предусилителя, внешний цилиндр с торца, противоположного месту установки ППД, соединен непосредственно с хладопроводом криостата, Е свободный торец внутреннего цилиндра /ф изолирован от внешнего цилиндра вакуумным зазором, а диэлектрическая С прокладка выполнена из теплоизоляционного материала.

O ма

999784

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, в частности, к блокам детектирования рентгеновского и гамма-излучения на основе охлаждаемых полупроводниковых детекторов (ППД).

Современные блоки детектирования ядерных излучений состоят иэ охлаждаемого датчика ядерных излучений, >р .размещенного внутри вакуумного криостата, и неохлаждаемой основной секции предусилителя.

Известен охлаждаемый датчик ядерных излучений, содержащий ППД, метал- )5 лический хладопровод и головной каскад предусилителя. Причем, металлический хладопровод выполнен стержневым, на одном его торце установлен

ППД, другим торцом он соединен с хладопроводом криостата, а элементы схемы охлаждаемого головного каскада предусилителя размещены под детектором.

Основными недостатками этого дат- 25 чика являются ограниченная возмож ность его использования из-за большого диаметра датчика и отсутствие экранировки элементов конструкции, находящихся под высоким потенциалом от д0 входа предусилителя, что приводит к влиянию электрических наводок на основные характеристики датчика и невозможности обеспечения оптимальных тепловых режимов головного каскада предусилителя и ППД.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является охлаждаемый полупроводниковый датчик ядерных излучений, содержащий ППД, голов- рр ной каскад прецусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных металлических ци-, 5 линдров, из которых внешний цилиндр служит шиной питания ППД, установленного внутри этого цилиндра в его торцовой части, а внутренний цилиндр экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости, .и прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку.

Недостатком этого устройства является то, что охлаждение полупроводни--,.

55 кового детектора в нем осуществляется через внутренний полый цилиндр, внутри которого расположен головной каскад предусилителя. При этом, вдоль оси внутреннего цилиндра всегда будет существовать перепад температур: температура будет увеличиваться от места присоединения датчика к хладопроводу криостата и ППД. Температура ППД, укрепленного на диэлектрической теп- . лопроводящей пластине, играющей роль хладопровода детектора, всегда будет выше, чем температура хладопровода криостата и температура головного каскада предусилителя, находящегося ближе к хладопроводу криостата. Однако известно, что оптимальная рабочая температура полевого транзистора, входящего в головной каскад предусилителя, значительно выше (120 — 160 К), чем оптимальная рабочая температура

ППД, которая составляет 70-90 К. Так как при данной конструкции датчика диэлектрическая прокладка, на которой закреплен ППД, должна быть изготовлена из материала с высокой теплопроводностью, то введение подогрева головного каскада предусилителя, часто используемое в подобных датчиках, вызовет одновременное повышение температуры ППД.

Целью изобретения является повышение энергетического разрешения путем обеспечения оптимальных рабочих температур ППД и головного каскада предусилителя.

Указанная цель достигается тем, что в охлаждаемом полупроводниковом датчике ядерных излучений, содержащем ППД, головной каскад предусилителя с экраном и систему охлаждения, выполненную из хладопровода криостата и двух полых, изолированных друг от друга, коаксиально расположенных металлических цилиндров, из которых внешний служит шиной питания ППД, установленного внутри этого цилиндра в его торцовой части, а внутренний— экраном головного каскада предусилителя, расположенного в его полости, прикреплен одним торцом к ППД через диэлектрическую прокладку, внешний цилиндр с торца, противоположного месту установки ППД, непосредственно соединен с хладопроводом криостата, свободный торец внутреннего цилиндра изолирован от внешнего цилиндра вакуумным зазором, а диэлектрическая прокладка выполнена из теплоизоляционного материала.

Предлагаемое выполнение датчика приводит к тому, что хладопроводом

1О

30

3 99978 датчика будет не внутренний цилиндр с находящимися в его полости головным каскадом предусилителя, как в прототипе, а внешний. В результате

5 температура ППД, находящегося в непосредственном тепловом контакте с хладопроводом криостата, будет всегда ниже температуры головного каскада предусилителя, перепад температур между хладопроводом криостата и ППД уменьшится, что приведет к понижению температуры ППД, Наличие диэлектрической прокладки из материала с низкой теплопроводностью, которая будет играть роль тепловой развязки между ППД и головным каскадом предусилителя в отличие от диэлектрической прокладки в прототипе, играющей роль хладопровода детек- 2О тора, и соответственно своему назначению, выполненной из материала с высокой теплопроводностью, обеспечит необходимый перепад температур между

ППД и головным каскадом предусилителя.

На чертеже схематически изображен осевой разрез предлагаемого охлаждаемого полупроводникового датчика ядерных излучений.

Датчик состоит из ППД 1, закрепленного внутри внешнего металлическоro цилиндра 2 в верхней его части, внутреннего цилиндра 3, Внутренний цилиндр 3 закреплен к ППД через диэлектрическую теплоизолирующую прокладку 4, играющую роль тепловой развязки, и служит корпусом и электри4

4 ческим экраном головного каскада предусилителя 5, расположенного в нем. Торцом цилиндра 2 датчик присоединяется к хладопроводу 6 криостата 7.

При работе с датчиком процесс теплопередачи происходит по цепочке: головной каскад предусилителя 5, внутренний цилиндр 3, диэлектрическая теплоизолирующая прокладка (тепловая развязка) 4, ППД 1, внешний цилиндр (хладопровод датчика) 2, хладопровод криостата 7. Это обеспечивает следующее распределение температур: самая высокая температура (120-160 К) на головной секции предусилителя 5, самая низкая — на торце внешнего цилиндра 2, присоединенного к хладопроводу 6 криостата 7.

Поскольку ППД 1 укреплен непосредственно на внешнем цилиндре 2, перепад температур между хладопроводом

6 криостата и ППД составляет 3 К, что в 5 раз меньше, чем у известного датчика — прототипа.

Таким образом, предлагаемый охлаждаемый датчик ядерного излучения обеспечивает оптимальные рабочие температуры ППД и головного каскада предусилителя, что понижает значение одного из основных параметров датчиков — энергетического разрешения, тем самым позволяет повысить точность анализа элементного состава вещества при использовании датчика в составе спектрометра для исследований в области медицины, кристаллографии, металлургии и т.д.

999784

Составитель С.Простов

Техред В.Кадар Корректор С.Черни

Редактор Н.Сильнягина

Заказ 4059 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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