RU2529054C1 - Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum - Google Patents
Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529054C1 RU2529054C1 RU2013128263/28A RU2013128263A RU2529054C1 RU 2529054 C1 RU2529054 C1 RU 2529054C1 RU 2013128263/28 A RU2013128263/28 A RU 2013128263/28A RU 2013128263 A RU2013128263 A RU 2013128263A RU 2529054 C1 RU2529054 C1 RU 2529054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- charged particles
- detecting
- semiconductor detector
- vacuum
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003068 static effect Effects 0.000 title claims abstract description 9
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 tritium ions Chemical class 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной физики и может быть использовано для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе малого диаметра со статическим (неоткачиваемым) вакуумом.The invention relates to the field of nuclear physics and can be used to register charged particles associated with neutrons in a small diameter neutron generator with a static (non-pumpable) vacuum.
Устройство предназначено для использования в приборах для неразрушающего анализа вещества методом меченых нейтронов. Здесь в качестве источника нейтронов используется нейтронный генератор с нейтронами энергией 14 МэВ. Для генерации нейтронов в этом случае используется D - Т реакция (1H2+1H3→2Не4+0n1), в результате которой образуются альфа-частица с энергией 3.5 МэВ и нейтрон с энергией 14 МэВ. Вылет нейтрона и альфа-частицы происходит в субпротивоположных направлениях. Таким образом, если разместить рядом с источником нейтронов детектор альфа-частиц, то регистрация им альфа-частицы будет свидетельствовать о том, что в противоположном направлении вылетел быстрый нейтрон. Такие устройства находят применение в приборах для неразрушающего анализа вещества, в частности в приборах для каротажа нефтегазовых скважин.The device is intended for use in devices for non-destructive analysis of substances by the method of labeled neutrons. Here, a neutron generator with neutrons of 14 MeV is used as a neutron source. In this case, the D - T reaction ( 1 H 2 + 1 H 3 → 2 He 4 + 0 n 1 ) is used to generate neutrons, as a result of which an alpha particle with an energy of 3.5 MeV and a neutron with an energy of 14 MeV are formed. The emission of a neutron and an alpha particle occurs in opposite directions. Thus, if an alpha particle detector is placed next to a neutron source, its registration of an alpha particle will indicate that a fast neutron has flown in the opposite direction. Such devices are used in instruments for non-destructive analysis of substances, in particular in instruments for logging oil and gas wells.
В процессе работы мишень нейтронного генератора испускает световое излучение, электронное излучение, ионы дейтерия и трития, образующиеся в процессе рассеяния падающего пучка в мишени, гамма-излучение и нейтронное излучение с энергией 14 МэВ на фоне этих излучений необходимо с высокой эффективностью регистрировать сопутствующие нейтронам альфа-частицы.During operation, the target of the neutron generator emits light radiation, electron radiation, deuterium and tritium ions generated during the scattering of the incident beam in the target, gamma radiation and neutron radiation with an energy of 14 MeV against the background of these emissions, it is necessary to register alpha-concomitant neutrons with high efficiency particles.
Процесс получения статического вакуума перед проведением герметизации вакуумного объема также требует высокотемпературного удаления газов, связанного с нагревом всей конструкции при непрерывном откачивании вакуумного объема вместе с размещенным в нем детектором сопутствующих частиц.The process of obtaining a static vacuum before sealing the vacuum volume also requires high-temperature gas removal associated with the heating of the entire structure while continuously evacuating the vacuum volume together with the associated particles detector.
Известен полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающий полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами; токоотвод со стороны потока заряженных частиц выполнен в виде жесткой прижимной металлической пластины с отверстием напротив чувствительной зоны полупроводникового регистрирующего элемента, прикрепленной к диэлектрическому корпусу, а токоотвод с противоположной стороны выполнен в виде жесткой металлической пластины, поджатой пружинным элементом к полупроводниковому регистрирующему элементу, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1, RU 2247411 C1.A semiconductor detector is known for detecting charged particles associated with neutrons in a neutron generator with a static vacuum, including a semiconductor recording element located in a dielectric housing, closed both from the side of the charged particle stream and from the opposite side by metal layers electrically connected to the collectors; the collector from the side of the flow of charged particles is made in the form of a rigid clamping metal plate with an opening opposite the sensitive zone of the semiconductor recording element attached to the dielectric housing, and the collector from the opposite side is made in the form of a rigid metal plate, pressed by the spring element to the semiconductor recording element, while the dielectric the body is made of a vacuum-tight material with a gas desorption capacity of not more than 5 · 10 -8 mbar · cm -2 · s -1 , RU 2247411 C1.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.This technical solution is made as a prototype of the present invention.
Недостатком прототипа является относительно невысокая радиационная стойкость, составляющая
Кроме того, недостатком прототипа является ухудшение качества его работы (эффективности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц), обусловленное увеличением относительного уровня шумов (FWHM) с ростом температуры детектора при его нагревании (до 200°С) в ограниченном пространстве нефтегазовой скважины.In addition, the disadvantage of the prototype is the deterioration in the quality of its work (the efficiency of registration of neutrons associated with charged particles) due to an increase in the relative noise level (FWHM) with increasing temperature of the detector when it is heated (up to 200 ° C) in a limited space of an oil and gas well.
Задачей настоящего изобретения является повышение радиационной стойкости полупроводникового детектора и эффективности регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц.The objective of the present invention is to increase the radiation resistance of a semiconductor detector and the efficiency of registration of charged particles associated with neutrons.
Согласно изобретению в полупроводниковом детекторе для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом, включающем полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, закрытый как со стороны потока заряженных частиц, так и с противоположной стороны слоями металла, электрически соединенными с токоотводами, при этом диэлектрический корпус выполнен из вакуум-плотного материала с газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1, регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку из карбида кремния типа n+6Н-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой карбида кремния типа n-6Н-SiC, снабженный с противоположной подложке стороны выпрямляющим слоем в виде барьера Шоттки.According to the invention, in a semiconductor detector for detecting charged particles associated with neutrons in a neutron generator with a static vacuum, including a semiconductor recording element placed in a dielectric housing, closed both from the side of the charged particle stream and from the opposite side by metal layers electrically connected to current collectors, with this dielectric casing is made of a vacuum-tight material with a gas desorption capacity of not more than 5 · 10 -8 mbar · cm -2 · s -1 , register The alignment element is made in the form of a heterostructure, including an n + 6Н-SiC type silicon carbide substrate on which an n-6H-SiC type silicon carbide epitaxial layer is grown, equipped with a straightening layer in the form of a Schottky barrier on the opposite side substrate.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».The applicant has not identified any technical solutions identical to the claimed one, which allows us to conclude that the invention meets the condition of patentability “Novelty”.
Благодаря реализации отличительных признаков настоящего изобретения достигается технический результат, состоящий в значительном, более чем в 10 раз, повышении радиационной стойкости детектора. Указанное обстоятельство обусловливает практически весьма важное новое свойство объекта - возможность размещения его в ограниченном пространстве. Кроме того, в отличие от известного технического решения относительный уровень шумов не только не увеличивается с ростом температуры детектора, но, напротив, уменьшается, что явилось довольно неожиданным результатом реализации отличительных признаков изобретения.Thanks to the implementation of the distinguishing features of the present invention, a technical result is achieved, consisting in a significant, more than 10 times, increase in radiation resistance of the detector. This circumstance determines an almost very important new property of the object - the possibility of placing it in a limited space. In addition, in contrast to the known technical solution, the relative noise level not only does not increase with increasing detector temperature, but, on the contrary, decreases, which was a rather unexpected result of the implementation of the distinguishing features of the invention.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».The applicant has not identified sources of information that would contain information about the influence of the distinguishing features of the invention on the achieved technical result. These new properties of the object determine, according to the applicant, the compliance of the invention with the condition of patentability "Inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен детектор в продольном разрезе, на фиг.2 - график зависимости относительного уровня шумов (FWHM) от температуры детектора.The invention is illustrated by drawings, where Fig.1 schematically shows a detector in longitudinal section, Fig.2 is a graph of the relative noise level (FWHM) on the temperature of the detector.
Полупроводниковый детектор для регистрации сопутствующих нейтронам заряженных частиц в нейтронном генераторе со статическим вакуумом включает полупроводниковый регистрирующий элемент, размещенный в диэлектрическом корпусе, который состоит из двух частей 1 и 2. В конкретном примере части 1, 2 корпуса выполнены из вакуум-плотной керамики ХС-22 (Швеция). Материал диэлектрического корпуса должен обладать газовой десорбционной способностью не более 5·10-8 мбар · см-2 · с-1. В ином случае в нейтронном генераторе нарушается статический (неоткачиваемый) вакуум в связи с избыточным газовыделением материала корпуса, что приводит к преждевременной потере работоспособности нейтронного генератора.A semiconductor detector for detecting charged particles associated with neutrons in a neutron generator with a static vacuum includes a semiconductor recording element located in a dielectric housing, which consists of two
Полупроводниковый регистрирующий элемент выполнен в виде гетероструктуры, включающей подложку 3 из карбида кремния типа n+6Н-SiC, на которой выращен эпитаксиальный слой 4 карбида кремния типа n-6H-SiC, который с противоположной подложке стороны снабжен выпрямляющим слоем 5 в виде барьера Шоттки. Регистрирующий элемент закрыт со стороны потока заряженных частиц слоем 6, а с противоположной стороны - слоем 7 металла (алюминия). Слои 6 и 7 выполняют функцию электрических контактов и соединены с токоотводами (на чертеже не показаны).The semiconductor recording element is made in the form of a heterostructure including a n + 6H-SiC type
Устройство работает следующим образом. Нейтронный генератор со встроенным полупроводниковым детектором размещают в скважинном каротажном приборе, в данном примере типа MSI С/О, который погружают в обсадную колонну скважины. Мишень нейтронного генератора излучает нейтроны и сопутствующие им α-частицы, вылетающие в противоположном нейтронам направлении, α-частицы попадают на регистрирующий элемент (гетероструктуру) и создают электрический ток между контактными слоями 6 и 7. Указанные электрические сигналы усиливаются и регистрируются наносекундными регистрирующими приборами. Регистрируемый поток α-частиц соответствует направленному зондирующему пучку нейтронов, проходящих через обсадную колонну и попадающих в исследуемую породу. Благодаря направленности зондирующего пучка нейтронов повышается достоверность каротажа породы. При этом весьма важно, что при повышении температуры полупроводникового детектора относительный уровень шумов падает. Сравнительные испытания детектора проведены ООО «Научно-технический центр прикладной физики», Санкт-Петербург. Результаты испытаний отражены графиком, приведенным на фиг.2.The device operates as follows. A neutron generator with an integrated semiconductor detector is placed in a borehole logging tool, in this example, an MSI C / O type, which is immersed in a well casing. The target of a neutron generator emits neutrons and their accompanying α-particles flying in the opposite direction to the neutrons, α-particles fall on the recording element (heterostructure) and create an electric current between the contact layers 6 and 7. These electrical signals are amplified and recorded by nanosecond recording devices. The recorded flux of α particles corresponds to a directed probing neutron beam passing through the casing and entering the rock under study. Due to the directivity of the probe neutron beam, the reliability of rock logging increases. Moreover, it is very important that with increasing temperature of the semiconductor detector, the relative noise level decreases. Comparative tests of the detector were carried out by LLC Scientific and Technical Center for Applied Physics, St. Petersburg. The test results are reflected in the graph shown in figure 2.
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».For the manufacture of the device used conventional structural materials and factory equipment. This circumstance, according to the applicant, allows us to conclude that this invention meets the patentability condition “Industrial Applicability”.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128263/28A RU2529054C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013128263/28A RU2529054C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2529054C1 true RU2529054C1 (en) | 2014-09-27 |
Family
ID=51656519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013128263/28A RU2529054C1 (en) | 2013-06-19 | 2013-06-19 | Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2529054C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112599620A (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Neutron radiation detector |
| CN114236600A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-25 | 西北核技术研究所 | A neutron beam monitoring system based on silicon carbide detector |
| CN115000230A (en) * | 2022-06-13 | 2022-09-02 | 太原理工大学 | A vertical structure TiN-enhanced 4H-SiC-based broad-spectrum photodetector and its preparation method |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995005006A1 (en) * | 1993-08-09 | 1995-02-16 | Cree Research, Inc. | Silicon carbide thyristor |
| RU2247411C1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно- технический центр прикладной физики НТЦ ПФ" | Semiconductor detector for recording charged-particle associated neutrons in static-vacuum neutron generator |
| US20110220915A1 (en) * | 2008-06-13 | 2011-09-15 | James Edgar | Off-Axis Silicon Carbide Substrates |
-
2013
- 2013-06-19 RU RU2013128263/28A patent/RU2529054C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995005006A1 (en) * | 1993-08-09 | 1995-02-16 | Cree Research, Inc. | Silicon carbide thyristor |
| RU2247411C1 (en) * | 2004-04-23 | 2005-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно- технический центр прикладной физики НТЦ ПФ" | Semiconductor detector for recording charged-particle associated neutrons in static-vacuum neutron generator |
| US20110220915A1 (en) * | 2008-06-13 | 2011-09-15 | James Edgar | Off-Axis Silicon Carbide Substrates |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| А.А. ЛЕБЕДЕВ И ДР. "Радиационные дефекты в n-6H-SiC, облученном протонами с энергией 8 МэВ", Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.8, стр. 897-902. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112599620A (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Neutron radiation detector |
| CN114236600A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-25 | 西北核技术研究所 | A neutron beam monitoring system based on silicon carbide detector |
| CN115000230A (en) * | 2022-06-13 | 2022-09-02 | 太原理工大学 | A vertical structure TiN-enhanced 4H-SiC-based broad-spectrum photodetector and its preparation method |
| CN115000230B (en) * | 2022-06-13 | 2024-03-22 | 太原理工大学 | A vertical structure TiN-enhanced 4H-SiC-based broad-spectrum photodetector and its preparation method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Du et al. | Sources of low-energy events in low-threshold dark-matter and neutrino detectors | |
| Liu et al. | Radiation resistance of silicon carbide Schottky diode detectors in DT fusion neutron detection | |
| Rebai et al. | New thick silicon carbide detectors: Response to 14 MeV neutrons and comparison with single-crystal diamonds | |
| JP7148674B2 (en) | Semiconductor detector, radiation detector and radiation detection device | |
| Garcia et al. | Electron-hole pair generation in SiC high-temperature alpha particle detectors | |
| Kandlakunta et al. | Silicon carbide detectors for high flux neutron monitoring at near-core locations | |
| US20150092925A1 (en) | X-Ray Monitoring Optical Elements | |
| RU2529054C1 (en) | Semiconductor detector for detecting neutron-accompanying charged particles in neutron generator with static vacuum | |
| Raja et al. | Spectroscopic performance studies of 4H-SiC detectors for fusion alpha-particle diagnostics | |
| Gao et al. | Radiation tolerance analysis of 4H-SiC PIN diode detectors for neutron irradiation | |
| US3944822A (en) | Polarization excitation device for X-ray fluorescence analysis | |
| Roth et al. | Pulse-resolved intensity measurements at a hard X-ray FEL using semi-transparent diamond detectors | |
| RU137396U1 (en) | SEMICONDUCTOR DETECTOR FOR REGISTRATION OF RELATED CHARGED PARTICLES IN A NEUTRON GENERATOR WITH STATIC VACUUM | |
| Manuel et al. | Enhanced spatial resolution of Eljen-204 plastic scintillators for use in rep-rated proton diagnostics | |
| CN110346627A (en) | Weak current detection device | |
| JP2009206057A (en) | Gas electron amplifier and radiation detector using the same | |
| Torrisi et al. | Silicon Carbide for Realization of “Telescope” Ion Detectors | |
| Cai et al. | Performance optimization of scintillator neutron detectors for EMD in CSNS | |
| Gurov et al. | Characteristics of silicon carbide detectors | |
| Väyrynen et al. | Setup for irradiation and characterization of materials and Si particle detectors at cryogenic temperatures | |
| JP6723806B2 (en) | Radiation detector and radiation detector | |
| Martinella et al. | Formation of extended defects in heavy-ion-degraded SiC power MOSFETs | |
| RU2247411C1 (en) | Semiconductor detector for recording charged-particle associated neutrons in static-vacuum neutron generator | |
| Fang et al. | Design and calibration of an elliptical crystal spectrometer for the diagnosis of proton-induced x-ray emission (PIXE) | |
| Sunitha et al. | 18O (p, p′ γ) 18O nuclear reaction in the determination of oxygen by proton induced γ-ray emission |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170620 |