6.Датчики ионизирующих излучений

Влияние ионизирующего излучения на ВС очень сложно и весьма сильно (табл.5). Под его воздействием происходит ионизация молекул SiO2_0, миграция электронов и легирующих примесей, образование гидроксильных ионов ОН_5 из свободного водорода. В результате увеличиваются потери мощности проходящего по ВС излучения, зависящие от типа излучения, дозы облучения и времени экспозиции.

Таблица 5

Характеристики ВОД ионизирующего излучения

¦Физический ¦ Конструкция¦Информативный¦Тип оптической¦ Чувствитель¦

¦эффект¦ сенсора¦ параметр ¦и электронной ¦ ность,¦

¦ ¦ ¦ ¦ схемы ¦нВт/(рад7_0нс)¦

¦Люминесцен ¦сцинтилли ¦интенсивность¦измеритель¦80 ¦

¦ ция ¦рующий ¦ ¦интенсивности ¦ ¦

¦ ¦кристалл¦ ¦¦ ¦

¦Наведенное ¦кварцевый ¦интенсивность¦дифференциаль¦ ¦

¦оптическое ¦ВС длиной ¦ ¦ный измеритель¦ ¦

¦поглощение ¦100...1000 м¦ ¦интенсивности ¦ ¦

¦Эффект¦кварцевые ¦интенсивность¦ измеритель ¦ ¦

¦Вавилова ¦или полимер¦ ¦ интенсивности¦ ¦

¦Черенкова ¦ные ВС ¦ ¦¦ ¦

При малых дозах облучения наведенные ионизирующим излучением потери прямо пропорциональны дозе. Чувствительность к радиации у различных ВС колеблется от 0,1 до 10 (дБ/км)/рад на длине волны 0,82 мкм [48]. Здесь единицы рад определяет величину энергии излучения, поглощаемую данной массой облучаемого вещества. 1 рад соответствует энергии излучения в 1 Дж, поглощенной веществом массой 100 кг. Иногда она называется поглощенной дозой излучения.

Доза облучения в 500 рад достаточна для того, чтобы 50 % облученных умерли в течение 30 дней после воздействия. Отметим, что эта единица не входит в систему СИ.

В многокомпонентных стеклах химические связи особенно чувствительны к радиации. Поэтому ВС, имеющие сердцевину из кварца, легированного GeO2 или В2О3 более чувствительны к воздействию радиации, чем ВС из чистого искусственного кварца. Установлено, что наведенные радиацией потери в ВС с сердцевиной из чистого кварца достигают насыщения на уровне нескольких сотен или тысяч децибел на километр.

Типичный временной отклик МВС с легированной сердцевиной на воздействие излучения показан на рис.25. В большинстве случаев в пределах определенной дозы облучения чем больше воздействие ионизирующего излучения, тем сильнее потери в ВС [26].

Продолжительное экспонирование с низкой интенсивностью приводит к более сильному потемнению ВС, чем та же самая доза облучения, действующая в течение более короткого промежутка времени.

Это обстоятельство создает определенные трудности при экстраполяции существующих данных.

У всех типов ВС наблюдается уменьшение со временем числа созданных дефектов. Этот процесс восстановления можно ускорить путем термической обработки свыше 37,8оС, а также интенсивным освещением материала белым светом. При этом у чистого кварца наблюдается более полное восстановление свойств материала.

ВС с большой сердцевиной обладают более низким временем потемнения и более быстрым восстановлением, чем ВС с малой сердцевиной. Наконец, ВС из кварцевого стекла с пластмассовой оболочкой характеризуются более быстрым восстановлением и слабым потемнениием по сравнению с ВС с оболочкой из стекла.

На более коротких длинах волн ВС более чувствительны к радиации. Наведенные потери составляют 30 дБ/км на длине волны 850 нм и 20 дБ/км на 1300 нм в ВС, свободном от ионов хлора (Cl). Установлено, что наведенное затухание линейно увеличивается с ростом концентрации Cl_5_0.

На рис.26 представлена структура ВОД для измерения суммарной дозы ионизирующего излучения, основанная на эффекте наведенного поглощения и обеспечивающая широкий диапазон регистрируемых энергий. Длина ВС в ВОЛЗ обычно составляет несколько сотен метров (рис.26,а).

Эффекты регистрации источника и фотоприемника компенсируются путем применения дифференциальной схемы ВОД. Пространственное разрешение вдоль ВС обеспечивается рефлектометрией (рис.26,б).

Большие удобства создает и сочетание обычных сцинтилляционных детекторов с ВОЛС. Это уменьшает габариты датчиков, придает большую гибкость в их размещении [10].

При необходимости обеспечить высокую точность в определении энергии ионизирующего излучения и его пространственных характеристик более перспективно использование полимерных ВС, легированных ароматическими соединенияями [10]. Они сами являются хорошими сцинтилляторами и легко объединяются в сложные детекторные модули (рис.26,в).