专利名称：一种硅光敏二极管X、γ和β射线探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型属核辐射探测技术领域，具体涉及一种硅光敏二极管X、γ和β射线探测器。
现有的核辐射探测技术，多采用气体探测器、闪烁体探测器、半导体探测器等，它们各具特点，且都是专为核辐射测量而制作。
硅光敏二极管是一种光敏传感器，具有响应速度快、频率响应好、可靠性高、体积小、重量轻、灵敏度也很高等特点，广泛用于可见光和红外光的探测，用于自动控制，自动计数，自动报警等各领域。其基本原理是无光照时，只有热效应引起的微小暗电流流经PN结，当光照时，产生附加的光生载流子，使流过PN结的电流骤增。不同波长的光在光敏二级管的不同区域被吸收，光生电流随入射光强度的变化而相应变化。利用这个性质，常常作为探测光强度的探测器。
光敏二级管具有光谱选择性，短波限一般为400nm，长波限一般为1100nm，峰值波长处于900nm附近，其光谱响应见
图1。
光敏二级管的光照特性图见图2和图3。图2为光敏二级管在反向偏压下的光生电流和电压特性曲线，当反向偏压较低时，光电流随电压的变化比较敏感，随着偏压的加大，对光生载流子的收集达到极限，光生电流趋于饱和，与所加偏压几乎无关，仅取决于光照强度。图3示出光敏二级管在小负载电阻下的光照特性，由图表明，光敏二级管的光电流与照度呈线性关系。
本实用新型的目的在于提供一种采用现有核辐射探测器件以外的X、γ和β射线探测器，该仪器可在低电压下工作，有较好的环境适应性，且结构简单、体积小、成本低。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的，包括探测器件和前级放大器，其特征在于所说的探测器件为硅光敏二极管，硅光敏二极管联接在前级放大器的输入端，所说的前级放大器可采用核辐射探测技术领域的现有前级放大器，硅光敏二极管和公知的前级放大器以及计数器联接在一起，即可组成一种新型的完整的核辐射测量仪器，所说的前级放大器可采用高输入阻抗的公知前级放大器，例如电荷灵敏放大器或静电计等。
本实用新型采用光敏二极管作为β和X、γ射线测量的探测器件，其工作电压可低至3伏，避免了专用核探测器在工作中高电压的问题，使得在核辐射仪器的设计中不用单独考虑为探测器提供偏级电压，而只需要与其信号响应电路共用相同的工作电压，从而可简化仪器设计，使仪器功耗最低，体积缩小，并提高仪器的环境适应性，如抗振、抗潮湿性等。又由于硅光敏二极管应用广泛，使得其价格低廉，性能可靠一致，更适合仪器的批量生产。
本实用新型有如下附图图1硅光敏二极管光谱响应曲线示意图图2硅光敏二极管光电流-电压特性示意图图3硅光敏二极管光照特性示意图图4射线探测器原理示意图图5射线探测器剂量当量响应曲线示意图
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1～图3为硅光敏二极管作为一般的光信号测量和感应器件的各种特性曲线。
图4为本实用新型原理示意图，图中所示相当于公知核辐射测量仪的探头(探测器)部份，其输出端OUT将测量信号送至公知的计数器即可实现对X、γ和β射线的测量。原则上讲，硅光敏二极管与任何一种公知的微电流放大器相组合均可构成一种全新的X、γ和β射线探测器。作为一种具体实施方案，图4给出了一种电荷灵敏前级放大器，它是由输入级、放大级和反馈网络组成的，用以将X、γ和β射线照射硅光敏二级管D1后产生的电荷转换成电压脉冲信号，其电压脉冲送入计数器，从而达到测量的目的。图4所示的射线测量仪中，所说的硅光敏二极管D1的正极接地，其负极与测量单元的电荷灵敏前级放大器的输入端相联，并经偏级电阻R1与电源正极相联，所说的电荷灵敏前级放大器包括场效应管T1和放大器U1，场效应管T1的栅极G经交流耦合电容C2与硅光敏二极管D1的负极相联，其源极S接地，其漏极D与放大器U1的正向输入端3相联，并通过漏极电阻R3与电源正极相联，放大器U1的反向输入端2接地，其电源端7、 4分别与一正电源端及一负电源端相联，反馈电阻R2及反馈电容C1的一端与放大器U1的输出端OUT相联，其另一端分别与场效管T1的栅极G及硅光敏二极管D1的负极相联。
本实用新型各组成器件的选择可参考如下方案，其具体参数不作为对本实用新型的限定条件D1为硅光敏二极管，可采用2CU系列光敏二极管。其正极接地，负极直接连接在输入端，以减少分布电容。正5V直流电源通过电阻R1向D1提供反向偏级电压。输入端经交流耦合电容C2到输入级T1的栅极G。输入级T1为场效应管共源放大器，采用低噪声、高跨导场效应管，例如可采用3DJ系列场效应管。场效应管T1的栅级G通过电阻R2与放大器U1输出端6(OUT端)连接，源极S接地，漏极D与放大器U1正向输入端3相连。通过漏极电阻R3调节电路的工作点。放大器U1采用高增益宽带运算放大器，其输出阻抗很低，开环增益很高。例如可采用集成电路LM441。放大器U1反向输入端2接地。反馈回路由电容C1和电阻R2组成，反馈电容C1跨接于输入端和放大器U1的输出端6之间，起着负反馈作用，电容C1的温度稳定性要好。反馈电阻R2为泄放电阻。
图5为实测的计数率与X、γ射线产生的剂量当量率响应曲线。本实用新型可用于测量40keV～3MeV能量范围内的X和γ射线。
本实用新型利用在其它技术领域应用广泛的硅光敏二极管，结合核辐射测量与核电子学范畴的前级放大器和计数器线路，来实现β射线和40keV～3MeV能量范围内X和γ射线的测量，从而达到对现有核辐射探测器补充和发展的目的。
权利要求1.一种硅光敏二极管X、γ和β射线探测器，包括探测器件和前级放大器，其特征在于所说的探测器件为硅光敏二极管D1，硅光敏二极管D1联接在前级放大器的输入端，。
2.根据权利要求1所述射线探测器，其特征在于所说的前级放大器为电荷灵敏前级放大器，硅光敏二极管D1的正极接地，其负极与电荷灵敏前级放大器的输入端相联，并经偏置电阻R1与电源正极相联，所说的电荷灵敏前级放大器包括场效应管T1和放大器U1，场效应管J1的栅极G经交流耦合电容C2与硅光敏二极管D1的负极相联，其源极S接地，其漏极D与放大器U1的正向输入端3相联，并通过漏极电阻R3与电源正极相联，放大器U1的反向输入端2接地，其电源端7、4分别与一正电源端及一负电源端相联，反馈电阻R2及反馈电容C1的一端与放大器U1的输出端OUT相联，其另一端分别与场效管T1的栅极G及硅光敏二极管D1的负极相联。
专利摘要本实用新型公开了一种硅光敏二极管X、γ和β射线探测器，包括探测器件和前级放大器，其特征在于所说的探测器件为硅光敏二极管，所说的前级放大器可采用电荷灵敏放大器或静电计。本实用新型的工作电压可低至3伏，避免了现有核探测器在工作中的高压问题，从而简化了仪器设计，使仪器功耗低、体积小，并提高了仪器的抗振、抗潮湿性，且价格低廉，性能可靠一致，适合批量生产，是对现有核辐射探测器的补充和发展。
文档编号G01T1/00GK2356356SQ9920493
公开日1999年12月29日 申请日期1999年3月4日 优先权日1999年3月4日
发明者杨华庭, 张志勇, 邓长明, 刘正山, 程昶, 宿小辉, 李梅 申请人:中国辐射防护研究院