СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СЛЕДОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1997 года по МПК G01T5/02 

Предполагаемое изобретение относится к области регистрации ионизирующих частиц и может быть использовано для измерения концентрации радиоактивных примесей в воздухе, например радона.

Известен способ наблюдения в камере Вильсона [1] Способ заключается в том, что путем адиабатического расширения смеси газа и пара создают пересыщенный пар, в котором при прохождении заряженных частиц происходит формирование визуально наблюдаемых следов, состоящих из капель.

Этот способ имеет ряд недостатков: большое время нечувствительности после расширения, сложность реализации и чувствительность к незаряженным центрам конденсации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является выбранный в качестве прототипа способ наблюдения заряженных частиц, реализованный в диффузионной камере [2] состоящий в следующем. В сосуде с горизонтальными дном и прозрачной крышкой, заполненном газом и паром спирта и содержащем слой испаряемого спирта на дне, при помощи нагревания верхней части создают вертикальный градиент температуры в нижней части сосуда. В результате вблизи дна образуется слой перенасыщенного пара (чувствительный слой), в котором образуются визуально наблюдаемые следы заряженных частиц. В качестве испаряемого спирта используется глицерин. Недостатком данного способа является недостаточная устойчивость чувствительного слоя пересыщенного пара, вызванная недостаточным вертикальным тепловым потоком (около 0,05-0,1 Вт/см²) при работе устройства, в котором реализуются способ. Недостаточная устойчивость слоя пересыщенного пара выражается в изменении геометрических размеров чувствительного слоя, затрудняющем количественные измерения, в увеличении капельного фона, уменьшающего контрастность изображения, или появлении локальных конвекционных потоков, искажающих следы заряженных частиц. Использование в качестве испаряемой жидкости глицерина не позволяет применить этот способ визуализации заряженных частиц при уровне альфа-активности, превышающем 10 Бк/см³, так как после регистрации очередного трека необходимо некоторое время (около секунды) для восстановления пересыщения в слое пара глицерина. В это время регистрация треков не происходит. Кроме того, пары глицерина, конденсируясь на поверхности крышки камеры, образуют рельефный слой, затрудняющий наблюдение треков.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка, а именно улучшение визуализации следов заряженных частиц путем повышения устойчивости чувствительного слоя пересыщенного пара, уменьшения времени восстановления пересыщения после регистрации каждого трека и установления оптически неоднородного слоя конденсата с поверхности крышки сосуда.

Для достижения указанной цели предлагается в способе наблюдения следов заряженных частиц, заключающемся в том, что в сосуде, заполненном газом и содержащем испаряемый спирт и его пар, при помощи вертикального градиента температуры создают слой пересыщенного пара, в котором образуются визуально наблюдаемые треки заряженных частиц. Причем в качестве испаряемого спирта используют этиленгликоль с примесью изоамилового спирта в количестве 4-20 об. а вертикальный тепловой поток через дно сосуда поддерживают в диапазоне 0,2-0,5 Вт/см².

Экспериментально установлено, что для уменьшения времени восстановления пересыщения после регистрации каждого трека необходимо в качестве спирта использовать этиленгликоль с примесью амилового спирта 4-20 об. В этом случае время восстановления пересыщения уменьшается до 0,2с. Этиленгликоль не токсичен, обладает необходимой летучестью для образования пара, устойчив при температурах, необходимых для реализации способа.

Наиболее благоприятные условия для существования стабильного слоя пересыщенного пара возникают при вертикальном тепловом потоке 0,3-0,5 Вт/см² через дно сосуда. При выходе теплового потока за указанные пределы наблюдается уменьшение стабильности слоя пересыщенного пара из-за появлений локальных конвекционных потоков. Наличие примеси изоамилового спирта приводит к тому, что пары конденсируются на внутренней крышке сосуда в виде тонкой пленки, не препятствующей визуальному наблюдению треков и не вносящей оптических искажений. При концентрации изоамилового спирта менее 4 об. сплошная пленка не образуется, а при доле более 20 об. наличие изоамилового спирта, имеющего меньшую температуру кипения, чем у этиленгликоля, приводит к превышению вертикального теплового потока значения 0,5 Вт/см², когда чувствительный слой теряет устойчивость.

Предлагаемый способ реализован следующим образом.

Негерметичный замкнутый стеклянный сосуд цилиндрической формы, содержащий тонкий слой испаряемой жидкости, заполняют газом. Внутри сосуда по его бокам находится пропитанный испаряемой жидкостью пористый материал. Сосуд нагревают в верхней плоской части и охлаждают в нижней. Смесь этиленгликоля с изоамиловым спиртом испаряется с боковых пористых пластин и создает вблизи более холодного дна слой пересыщенного пара. При облучении этого слоя заряженными частицами происходит формирование капель на ионах, образующихся вдоль пути частицы. Тепловой поток, идущий от крышки сосуда к дну и далее в окружающую среду устанавливают в пределе 0,3-0,5 Вт/см². Сравнительные испытания с прототипом позволили установить, что использование этиленгликоля с примесью изоамилового спирта вместо глицерина позволило улучшить визуализацию следов заряженных частиц путем уменьшения времени восстановления пересыщенного пара после регистрации каждого трека с 1 до 0,2 с и устранения скопления капель конденсата на внутренней поверхности крышки, а увеличение теплового потока через дно сосуда с 0,05-0,1 до 0,3-0,5 Вт/см² позволило улучшить устойчивость слоя пересыщенного пара.

Только совокупность перечисленных существенных отличительных признаков позволяет достичь поставленной цели, а именно улучшить визуализацию следов заряженных частиц путем повышения устойчивости чувствительного слоя пересыщенного пара, устранения оптически неоднородного слоя на внутренней поверхности крышки и уменьшения времени восстановления пересыщения после регистрации каждого трека, что дает возможность создать на основе способа надежный прибор для наблюдения следов заряженных частиц, который можно использовать для измерения концентрации альфа-радиоактивных примесей в воздухе.

Анализ известных заряженных частиц и смежных областях техники показал, что изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", поскольку оно не следует явным образом из уровня техники.

Использование: измерение концентрации радиоактивных примесей в воздухе, например радона. Сущность изобретения: в диффузионной камере в качестве испаряемого спирта используют этиленгликоль с примесью изоамилового спирта в количестве 4-20 об.%, а вертикальный тепловой поток поддерживают в диапазоне 0,3-0,5 Вт/см².

Способ визуализации следов заряженных частиц, заключающийся в том, что в сосуде, заполненном газом и содержащем испаряемый спирт и его пар, при помощи вертикального градиента температуры создают слой перенасыщенного пара, в котором образуются визуально наблюдаемые треки заряженных частиц, отличающийся тем, что, с целью улучшения визуализации следов заряженных частиц путем повышения устойчивости слоя перенасыщенного пара и уменьшения времени восстановления пересыщения после регистрации каждого трека, в качестве испаряемого спирта используют этиленгликоль с примесью изоамилового спирта в количестве от 4 до 20 об. а вертикальный тепловой поток через дно сосуда поддерживают в диапазоне 0,3 0,5 Вт/см².