birmaga.ru
добавить свой файл

1
Детекторы для визуализации рентгеновского и гамма излучений на основе сборки кремниевыЙ фотодиод-сцинтиллятор.

Использование в составе различной аппаратуры визуализации - для “просвечивание контейнеров”, таможенного контроля багажа, неразрушающего контроля в промышленности, в досмотровых системах и системы безопасности.

Создан целый ряд приборов, спектр применений которых охватывает диапазон энергий излучения от 10 кэВ до 8 МэВ. Для сверхмягкого рентгеновского излучения (10 кэВ) можно использовать метод прямого детектирования, для "промышленного" рентгена (200 кэВ) – первичное преобразование осуществляется в CsI сцинтилляторе, а для "просвечивания" металлических деталей толщиной до20 см гамма излучением 8 МэВ надо использовать сцинтилляторы PbWO4 или CdWO4. В любом случае в максимальной степени учитываются требования каждого конкретного проекта.
НОМЕНКЛАТУРА ПРИБОРОВ.
Основные особенности:


  • Активная площадь и число элементов изображения ("пикселов" фотодиода) оптимизируется для каждого конкретного проекта

  • Фотодиоды изготавливаются исходя из условий эксплуатации, технических параметров и цены на кремнии любого требуемого номинала (высокоомного особочистого кремния n-типа (=3...5 КОм*см) с высоким временем жизни; кремния, выращенного методом зонной плавки среднего номинала типа (=0,7...1,0 КОм*см); кремния "обычного" номинала (=20...40 Ом*см))

  • Работа фотодиода в фотовольтаическом либо фотопроводящем режиме (обратное смещение от 10 мВ до 30 В)

  • Минимальные темновые токи, низкие шумы

  • Высокая стабильность по времени

  • Высокая чувствительность фотодиодов в спектральном диапазоне высвечивания сцинтиллятора (=75%, =500 нм)
  • Для лучшего светосбора применяется ряд мер: поверхность сцинтиллятора защищается непрозрачным покрытием, сцинтиллятор с фотодиодом соединяется с помощью специального компаунда с оптимизированными оптическими параметрами, между элементами сцинтиллятора вводится непрозрачным материал для предотвращения перекрестных помех и т.п.


  • Для детекторов рентгеновского и гамма излучений возможна сборка со сцинтилляторами CsI, CdWO4, PbWO4, ZnWO4, BGO, "пластик".

  • Постоянно ведется разработка новых приборов (например, детекторов для "точной" дефектоскопии с размерами элементов изображения до 0,4 мм)

  • Детекторы могут поставлятся с электроникой последующего усиления, выделения и обработки сигнала, а также соответствующими драйверами для компьютера

  • Цены приборов остаются конкурентоспособные как для отечественного, так и мирового рынка

В Таблицу 1 сведены конструктивные (геометрические) параметры и возможные области применения разработанных приборов – детекторов для визуализации рентгеновских и гамма излучений.
Таблица 1



Геометрические размеры элемента (активной части), мм

Число элементов, шт

Типовой диапазон

Возможные области применения

Примечания

1

1,57 х 3,2

(1,43 х 3,0)

16 (линейка)

80..200 кэВ

Контроль багажа

длина 25,4 мм

2

0,84 х 0,98

(0,65 х 0,78)

32 (линейка)

50 кэВ

Промышленный контроль

длина 25,4 мм

3

3,0 х 20,7

(2,5 х 20,0)

1


5 МэВ

Таможенный контроль контейнеров




4

2,2 х 20,7

(1,92 х 20,0)

1 или 8

8 МэВ

Промышленный контроль




5

1,0 х 23,0

(0,765 х 22,25)

1 или 8

500 кэВ

Томография




6

1,9 х 21,0

(1,46 х 20,0)

1

500 кэВ

Промышленный контроль




7

1,5 х 21,0

(1,0 х 20,0)

1

500 кэВ

Промышленный контроль




8

1,0 х 7,0

(0,72 х 6,0)

8

500 кэВ

Промышленный контроль




9

1,13 х 1,13

(1,0 х 1,0)

4 х 4 (матрица)

80..200 кэВ

Промышленный контроль




Конструкция всех линеек и одиночных приборов позволяет проводить сборку (стыковку) в модули требуемой длины без потери пространственной точности.

РЕЗУЛЬТАТЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
В качестве примера приведем исследования о возможности использование рентгеновских методов для проверки состояния и своевременного изъятия из эксплуатации колесных пар, угрожающих безопасности движения поездов. Проект предполагал исследование возможностей использования методов рентгеновской дефектоскопии и методов компьютерной томографии для контроля колёсных пар и их элементов.


Рис. 1. Экспериментальные результаты визуализации.

Рис. 2. Результат визуализации колесной пары.

Рис. 3. Результат визуализации рессорной части.

Приведем также результаты (рис. 4) “просвечивания” рентгеновским излучением 8 МэВ микроавтобуса (находящегося в контейнере!). При обнаружении подозрительных вложений интересующий участок изображения может быть увеличен (рис. 5). Приемники излучения, используемые в данной работе, имели шаг расположения элементов 3 мм. Исследованные приборы предназначались для использования в стационарной аппаратуре таможенного досмотра, где не требуется меньшее линейное разрешение, но необходимо просвечивание стенок контейнеров с суммарной толщиной стенок до 250 мм.


Рис. 4. Результат «просвечивания» излучением 8 МэВ микроавтобуса, находящегося в контейнере.

Рис. 5. Увеличение подозрительного участка при досмотре.

Кремниевые P-I-N фотодиоды большой площади и детекторы ионизирующих излучений на их основе.

Кремниевые p-i-n фотодиоды большой площади (с активной площадью 1,0 см2, 2,0 см2, 4,0 см2) а также фотодиоды по спецификациям Заказчиков. Приборы имеют следующие отличительные особенности


  • Большая активная площадь (1,0*1,0 см (S=1,0 см2), 1,45*1,45 см (S=2,0 см2), 2,0*2,0 см (S=4,0 см2)

  • Приборы изготовлены из высокоомного особочистого кремния n-типа (типовые значения =2..3 и 4...5 КОм*см) с высоким временем жизни неосновных носителей заряда

  • Работа в фотовольтаическом либо фотопроводящем режиме

  • Минимальные темновые токи, низкие шумы

  • Высокая стабильность по времени

  • Высокая чувствительность фотодиодов во всем спектральном диапазоне =380...1100 нм (=80%, =450 нм)

  • Активная поверхность может быть защищена прозрачным покрытием, либо оставлена открытой для -детектирования.

  • Для детекторов рентгеновского и гамма излучений возможна сборка со сцинтилляторами CsI, CdWO4, PbWO4, ZnWO4, BGO.

  • Может быть изготовлен закрытый от света детектор ионизирующих излучений

В качестве примера заказного прибора можно привести двухканальный фотодиод с размерами активной части каждого канала 0,05 х 56,0 мм (50 х 56000 мкм) и полной защитой от света пространства между каналами с помощью полиимида с нанесенным на него покрытием.
Таблица 2.





Темновой ток p-i-n фотодиодов с различной площадью активной части, нА

1,0 см2

2,0 см2

4,0 см2

Минимум

0,8

2,0

4,0

Типовой

1,5..2,0


3,0..4,0

10,0..15,0

Максимум

5

10,0

20,0

Во всех случаях U=-30 В, T=23 oC






Рис. 6. Спектральная зависимость p-i-n фотодиодов, изготовленных по разным технологиям. (А-227 – глубина p-n перехода – 0,27 мкм, толщина SiO2 – 0,09 мкм, А-228 – глубина p-n перехода – 0,8 мкм, толщина SiO2 – 0,12 мкм).