一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器的制作方法

一种用于事故后强
γ
辐射场测量的碳化硅半导体探测器
技术领域
1.本实用新型属于核电检修技术领域，具体涉及一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器。


背景技术：

2.半导体探测器具有探测效率高、能量分辨率好等优点，但由于只能在常温或低温下保存和工作，且辐射损伤会使探测性能逐渐变坏，因此无法应用于高温、强辐射场等极端环境。
3.上世纪九十年代，sic(碳化硅)技术得到了迅速发展，sic材料因其优越的物理特性，开始受到人们的关注和研究。sic作为第三代半导体材料，具有2.6ev～3.2ev较宽的禁带宽度、2.0
×
107cm
·
s-1
的高饱和电子漂移速度、2.3mv
·
cm-1
的高击穿电场、3.4w
·
cm-1
～4.9w
·
cm-1
的高热导率等性能，并且有较低的介电常数，这些性质决定了其在高温、高频、大功率半导体器件、抗辐射、数字集成电路等方面都存在极大的应用潜力。
4.sic材料的宽带隙决定了器件能在500℃以上高温工作，并且在高温下暗电流仍然很低，灵敏度高，再加上它的原子临界位移能大，使得sic器件有着很好的抗辐照能力，尤其是在高温和辐照并存的情况下，sic器件成了唯一的选择。
5.由pin碳化硅器件构成的半导体探测器具有暗电流小、信噪比好的优点，有良好的环境适用性，且结构简单、体积小、工作电压低、线性度好，对带电粒子、γ射线、x射线以及中子都有良好的响应。
6.目前，用于核反应堆事故及事故后γ辐射剂量率监测用的探测器都是采用充气式电离室探测器，结构复杂、体积较大、成本较高。因此亟需设计一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器，以解决上述问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器，能满足严重事故下的绝缘性、耐高温性及耐辐照特性，可以长期在高温高压环境下工作。
8.本实用新型的技术方案如下：
9.一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器，包括密封保护外壳；
10.在所述密封保护外壳的内部设有pin碳化硅探测单元，通过绝缘支撑部件对pin碳化硅探测单元进行支撑固定；
11.所述的pin碳化硅探测单元用于测量区域内辐射剂量，产生与辐射剂量成比例的电信号，该电信号通过集电极线芯引出，封装成硬质铠装电缆引出密封保护外壳；pin碳化硅探测单元的高压极也通过线芯引出，封装成另一路硬质铠装电缆引出密封保护外壳；进而通过铠装电缆将电信号传输至后续处理电路，同时铠装电缆给pin碳化硅探测单元提供偏压电源。
12.所述的绝缘支撑部件有三个，每个绝缘支撑部件的一端分别与pin碳化硅探测单元的两侧壁和底面贴合紧固。
13.所述的pin碳化硅探测单元封装为圆柱状。
14.所述的三个绝缘支撑部件的一端分别与pin碳化硅探测单元的两侧对称外壁和底面贴合紧固；
15.其中所述两个绝缘支撑部件与pin碳化硅探测单元两侧对称外壁接触的一端分别加工弧形切口，与pin碳化硅探测单元的弧面侧壁贴合。
16.所述的绝缘支撑部件为圆环状结构。
17.所述的绝缘支撑部件与pin碳化硅探测单元之间通过粘接固定。
18.所述的密封保护外壳为密封圆柱体形状。
19.所述的铠装电缆外部由硬质电缆保护外壳保护。
20.在所述铠装电缆与密封保护外壳的连接处进行焊接密封。
21.通过所述的铠装电缆将电信号传输至后续处理电路，采用高输入阻抗、宽量程前级放大器放大处理。
22.本实用新型的有益效果在于：
23.(1)本实用新型探测器有较好的环境适用性，且结构简单、体积小、工作电压低、线性度好、暗电流小、使用方便，既能在正常辐射水平下工作，又能在高温、高湿、高压和超高辐射剂量率下正常工作，可用于事故条件下强γ辐射场测量等γ射线电离辐射探测领域。
24.(2)本实用新型探测器由于采用了不锈钢铠装电缆传输信号，电缆绝缘电阻大，漏电流小，信号衰减小，抗干扰力强，因此可将探测器输出的电流信号传输至安全壳外环境条件较好的区域后再放大处理。
25.(3)本实用新型探测器采用不锈钢圆柱形壳体，采用金属-陶瓷熔封焊接工艺，能满足严重事故下的绝缘性、耐高温性及耐辐照特性，可以长期在高温高压环境下工作。
26.(4)本实用新型探测器采用的pin碳化硅为固体器件，密度为气体的1000倍左右，相对于气式电离室探测器，体积大为缩小。
27.(5)本实用新型探测器采用的pin碳化硅作为γ射线测量的探测器件，其工作电压一般在100v以下，避免了专用核探测器在工作中高电压的问题，从而简化了仪器设计，并提高仪器的环境适应性。
28.(6)本实用新型探测器输出的信号经过不锈钢无机铠装电缆输出至辐射剂量率较低的区域后，采用高输入阻抗、宽量程前级放大器放大处理，例如电荷灵敏前置放大器或静电计等，并经过刻度后，可将探测器输出的电流信号转换为辐射剂量率。
附图说明
29.图1为碳化硅半导体探测器示意图；
30.图2为探测器信号处理原理图。
31.图中：1.密封保护外壳；2.绝缘支撑部件；3.pin碳化硅探测单元；4.铠装电缆。
具体实施方式
32.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
33.如图1所示的一种用于事故后强γ辐射场测量的碳化硅半导体探测器，采用不锈钢耐腐蚀、高强度的金属材料作为密封保护外壳1，密封保护外壳1为密封圆柱体形状。
34.在所述密封保护外壳1的内部设有pin碳化硅探测单元3，通过绝缘支撑部件2对pin碳化硅探测单元3进行支撑固定。
35.所述的绝缘支撑部件2为圆环状结构，有三个，分别与pin碳化硅探测单元3的两侧对称外壁和底面贴合紧固。其中所述两个绝缘支撑部件2与pin碳化硅探测单元3两侧对称外壁接触的一端分别加工弧形切口，与pin碳化硅探测单元3的侧壁贴合。所述的绝缘支撑部件2与pin碳化硅探测单元3之间通过粘接固定。
36.所述的pin碳化硅探测单元3封装为圆柱状。所述的pin碳化硅探测单元3用于测量区域内辐射剂量，产生与辐射剂量成比例的电信号。该电信号通过集电极线芯引出，封装成硬质铠装电缆4引出密封保护外壳1，pin碳化硅探测单元3的高压极也通过线芯引出，封装成另一路硬质铠装电缆4引出密封保护外壳1，进而通过铠装电缆4将电信号传输至后续处理电路，同时铠装电缆4给pin碳化硅探测单元3提供偏压电源。
37.所述的铠装电缆4外部由硬质电缆保护外壳保护，在铠装电缆4与密封保护外壳1的连接处进行焊接密封。
38.如图2实施例所示，给出了后续处理电路的电荷灵敏前级放大器，由输入级、放大级和反馈回路组成，γ射线照射pin碳化硅d1，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。pin碳化硅d1的正极接地，负极与测量单元的电荷灵敏前级放大器的输入端相联，并与偏压电源正极相联。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c1与d1负极相联，场效应管t1的漏极d经漏极电阻r1与电源正极相联，场效应管t1的源极s接地，放大器u1的反向输入端接地，反馈电阻r2和反馈电容c2的一端与放大器u1的输出端out相联，其另一端与场效应管t1的栅极相联。
39.d1为pin碳化硅，可采用4h pin sic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，偏压电源向d1提供反向偏置电压。
40.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n沟道结型2n4416场效应管，栅极g通过电阻r2与放大器u1输出端(out端)连接，源极s接地，漏极d与放大器u1正向输入端相连。
41.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，反向输入端接地，例如可采用集成电路opa655。
42.反馈回路由电容c2和电阻r2组成，反馈电容c2起着负反馈作用，电容c2的温度稳定性要好，反馈电阻r2为泄放电阻。
43.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
44.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。