Научные исследования

Исследование полупроводниковых детекторов на основе кристаллических алмазных структур

Е.М. Тюрин, Е.Б. Клопиков, Р.Ф. Ибрагимов, И.В. Урюпа
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва

На протяжении последних десяти лет на кафедре прикладной ядерной физики проводятся исследовательские работы , связанные с изучением и исследованием характеристик блоков детектирования ионизирующего излучения на основе алмазных полупроводниковых материалов. Данное направление является весьма перспективным в тех областях ядерного приборостроения, где детектирующие системы эксплуатируются в тяжелых условиях, в т.ч. при высокоинтенсивных потоках излучения и высоких температурах окружающей среды.

Работы по данной тематике проводятся в тесном сотрудниестве со следующими организациями: ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест», ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ. В рамках сотрудничества с коллективом производственно-технологического центра «УралАлмазИнвест» (ООО «ПТЦ УралАлмазинвест») проводятся экспериментальные исследования характеристик алмазных пластин и детекторов, их калибровка и паспортизация. Совместно с коллективом ООО «ПТЦ УралАлмазинвест», сотрудники кафедры принимают участие в разработке датчика радиационной обстановки спектрометра космического излучения, предназначенного для проведения мониторинга радиационной обстановки снаружи космического аппарата. Проводится отбор АЧЭ по характеристикам, испытания детекторов на предмет воздействия на них различных источников излучения, а также испытания собранного предполетного образца. На рисунках 2-4 представлены фотографии модели детектора и стенда, на котором специалисты проводят проверку датчика радиационной обстановки на основе алмазных детекторов. Датчик регистрирует различные виды частиц ионизирующего излучения, в том числе одновременно может отслеживать потоки бета-частиц с энергией от 0,1 до 5 МэВ, протоны с энергией от 10 до 500 МэВ и тяжелые заряженные частицы с линейной передачей энергии от 1 до 45 МэВ/(мг/см2) и своевременно сообщать об увеличении плотности потока того или иного вида излучения. При этом сам датчик (рисунок 2) представляет собой пятиканальный детектор небольших размеров.

Также алмазные детекторы нашли свое применение как приборы контроля различных параметров высокоинтенсивных потоков рентгеновского и нейтронного излучения от непрерывных и импульсных электрофизических устоновок, в частности таких как нейтронные генераторы и рентгеновские аппараты. В одной из научно-исследовательских работ были рассмотрены перспективы применения детекторов на основе алмазного чувствительного элемента для регистрации импульсных нейтронных пучков наносекундной длительности. В результате работы был изготовлен быстродействующий малогабаритный помехоустойчивый блок детектирования для мониторинга импульсных пучков ионизирующих излучений ядерно-физических установок рисунок 5.

В настоящее время, в рамках сотрудничества с ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова, ведутся работы по созданию спектрометра пучка быстрых нейтронов импульсного нейтронного генератора. Цель разработки — возможность усовершенствования существующих методов контроля характеристик нейтронных генераторов

Особый интерес представляет пик полного поглощения, образующийся в результате взаимодействия нейтронного потока газонаполненной нейтронной трубки (ГНТ) с веществом алмазного детектора. Данный пик имеет сложную структуру, обусловленную вкладом нейтронов, рожденных в результате взаимодействий различных типов атомарных и молекулярных ионов с мишенью, насыщенной тритием

Возможность определения вклада каждой группы нейтронов в общий спектр может позволить судить о степени выработки ресурса нейтронной трубки, а также внесения корректировки в изначальный состав смеси ГНТ.