[发明专利]用于在核场中操作的危险检测器

说明书

技术领域

本发明涉及用于在具有增加的放射性辐射处置（disposition）的区域中操作的危险检测器、特别是烟雾检测器，危险检测器具有用于检测至少一个危险特性的至少一个检测器单元、半导体部件及其他电部件，至少用于输出报警信号。

此外，本发明涉及被实现为线性烟雾检测器的危险检测器，其具有用于发射穿过测量距离的光束的光发射器且具有用于在测量距离的末端处接收发射的光束的光接收器。

背景技术

危险检测器涉及烟雾检测器，例如，诸如光学烟雾检测器或热检测器。光学烟雾检测器可以基于例如散射光原理或光声原理。如果危险检测器是热检测器，则例如借助于热变电阻器来检测当前存在于热检测器周围的温度。在考虑中的危险检测器还可以是烟气检测器（flue gas detector），其具有作为检测器单元的气体传感器，例如，诸如气体FET（场效应晶体管）。

此外，危险检测器可以涉及具有用于运动检测的PIR（被动红外）检测器单元的运动检测器。在考虑中的危险检测器还可以具有前述检测器单元的组合。

线性烟雾检测器是基于消光（extinction）原理。它们特别地在大的或窄的空间中采用，例如在走廊、仓库、厂房中和飞机库中，并且被安装在墙壁上的天花板之下。在第一实施例中，发射器和接收器彼此相对地定位且不要求反射器。在第二实施例中，由发射器发射的光束经由反射器被偏转回到接收器。发射器和接收器相互毗邻。

此类线性烟雾检测器的测量距离通常在从20m至200m的范围内，其在第一实施例的情况下对应于发射器和接收器之间的等效距离。在第二实施例中，发射器/接收器与反射器之间的距离对应于测量距离的一半。

具有增加的、特别是具有高放射性辐射处置的区域可以是例如核区或在太空中。核区特别地是例如核电站、核后处理工厂或者用于放射性废料的最终或中间储存机构内的空间划界区域。

放射性辐射意味着致电离粒子或电磁辐射，其来自放射性材料并能够将电子从原子和分子扯掉，使得带正电离子或分子残余物留下。然而作为粒子辐射的阿尔法和贝塔辐射甚至可以被具有几毫米厚度的材料屏蔽，但针对电子伽马辐射的有效屏蔽只有在大量材料的情况下才是可能的。根据屏蔽要求，可能需要具有一米或以上屏蔽厚度的铅屏蔽。

放射性辐射一般对电子部件、特别是对半导体部件具有破坏性影响。此类部件具有小于1μm、特别是小于100nm的非常细微的半导体结构图案。在这种情况下，所有类型的高能量致电离辐射与半导体晶体相互作用。即使针对阿尔法和贝塔辐射的屏蔽是比较容易实现的，例如借助于例如金属板罩或塑料罩，那么伽马辐射对屏蔽或对半导体部件壳体的作用也在某种程度上导致次级的阿尔法和贝塔粒子，它们继而与半导体晶体相互作用。由于具有晶格原子的此类辐射粒子的相互作用，可以将后者从晶格结构释放出来，并且这产生空位。如果其具有足够的传递冲击能量，则自由原子可以敲出其他原子，或者迁移至中间晶格位置。这形成所谓的中间晶格原子空位合成物。

相互作用的辐射的重要影响是晶体缺陷的产生，其在禁带内产生附加能态以及复合中心。这些影响在高度复杂的半导体微观结构中被加速，例如，诸如ASIC或微控制器。另一方面，电阻器或电容器很少受到影响。

因此，优选地使用诸如晶体管或二极管的坚固耐用（rugged）的分立半导体部件，以便考虑电路中的电参数的加速退化，尤其是作为具有优势的抗辐射加固（radiation-hardened）的较旧集成半导体部件，诸如IC、逻辑门等，其具有多于1μm的图案大小，并且由于小型化方面的进步而在半导体市场中供不应求。

由于分立半导体部件的使用，因此可以实现例如3年的最小服务寿命，这满足相关要求，例如，诸如核电站的那些要求。此类要求可以是例如烟雾检测器必须在3年的时段内经受0.25Gy的辐射暴露或能量剂量。在这里，术语Gy（戈瑞）是吸收能量剂量D的SI单位。在这种情况下，将相对于时间所吸收的能量剂量称为剂量率。

在无关领域中，从中国专利申请CN 101841125 A已知用于在太空中应用的半导体激光。在未描述的程度上且用未描述手段，增加半导体激光的温度以便加速由辐射、通常由质子和电子引起的损坏的退火。