Установка для исследований оптических свойств материалов при воздействии ионизирующего излучения Советский патент 1986 года по МПК G01N21/64 G01N23/223 

точник света и радаи снабжены блок фоторегист-рачными газонепроницаемыми перегооптически проз-родками, 1189205

УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащая блок источника света, блок фоторегистрации, источник жидкого и газообразного хладагента, нагреватель паров хладагента, теплоизолированную рабочую камеру, снабженную держателем образца, соединенным с теплообменником, вход которого подключен к источнику хладагента, полый светопровод, состоящий из све- товвода, вход которого подключен к блоку источника света, а выход - к рабочей камере, и световывода, вход которого подключен к рабочей камере на одной оси с выходом световвода и держателем образца, а выход подк.гаочен к блоку фоторегистрации, газопроводную систему, включающую газопроводы и элементы регулирования и контроля, соединенную с выходом све- товывода и через элемент регулирования с атмосферой, блок регулировки температуры и расхода хладагента. к которому подключены источник хладагента, нагреватель паров хладагента и элементы регулирования и контроля, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей при воздействии импульсного ионизирующего излучения, в нее введен дополнительный светопровод, вход которого соединен с рабочей камерой, а выход с блоком фоторегистрации, причем ось входа дополнительного светопровода расположена под углом ai к оси входа световывода, выбранного в пределах O ii/2, выход теплообменника I расположен в рабочей камере, снабженной элементом регулирования, газо(Л проводная система связана параллельно соединенными газопроводами с источником хладагента и через элементы регулирования и контроля с входом световвода, выходом дополнительного светопровода, причем соединение газопроводной системы с выходом световыэо вода выполнено через элемент регулирования, нагреватель паров хладагента выполнен в виде нескольких секций нагревателей, подключенных к блоку регулировки параллельно, причем одна из секций расположена вокруг теплообменника и соединена с держателем образца, а остальные секции, снабженные элементами контроля, расположены по периметру и всей длине светопроводов, теплоизоляция светопроводов, рабочей камеры и газопроводной системы выполнена двухслойной с внутренним высокотемпературным и внещним низкотемпературным слоями изоляции , а не

Изобретение относится к области исследования оптических свойств материалов цри воздействии ионизирующего излучения; Изобретение наиболе эффективно может быть использовано для определения изменения прозрачности, радиолюминесценции кристаллических, аморфных, гигроскопичных и токсичных оптических материалов в момент воздействия импульсного иони зирующего излучения в широком диапа зоне температур, а также термолюминесценции сразу после воздействия ионизируклцего излучения. Целью изобретения является повышение точности, экономичности прове дения измерений и расширение функциональных возможностей установки при воздействии импульсного ионизирующего излучения. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - вариант подключения дополнительного све топровода к рабочей камере под углом oi 11/3. Установка содержит блок источника света 1, включающий газопроницае мую оптически прозрачную перегородку 2, установленную на его вьпсоде, источник импульсного и стационарного света, систему фоторегистрации изменения яркости источника света при.измерениях, систему синхронизации работы источника света с источником ионизирующего , полый световвод 3, подключенный к теп лоизолированной рабочей камере 4, снабженной держателем образца 5, соединенным с нагревателем 6, распо ложенным вокруг теплообменника 7, выход которого расположен в рабочей камере 4, а вход соединен трубопроводом 8 с источником жидкого и газо образного хладагента 9, образец 10, расположенный в держателе образца 5 температуру которого контролируют термопарой, световывод 11, вход которого пвдключен к теплоизолирован- ной камере 4, а выход - к блоку фоторегистрации 12, выполненному с двумя параллельными входами, независимыми в работе друг от друга, имеющими собственные системы калибровки, фильтрации и фоторегистрации оптических сигналов и оптически прозрачные газонепроницаемые перегородки 2, причем первый вход блока фоторегистрации 12 подключен к выходу световывода 11, а второй вход - к выходу дополнительного светопровода 13, вход которого подключен к рабочей камере 4, под углом od п/2 (ot - угол между осями входов дополнительного светопровода и световывода). Вход световвода 3, выход дополнительного светопровода I3 и выход световыводы 11 соединены с газопроводом 14-16, соответственно, через элементы регулирования и контроля 17-19, соответственно, с газопроводами 20, 21 и источником хладагента 9, и элементом регулирования 22 связи с атмосферой. Элемент регулирования 23 установлен на рабочей камере 4, Секции нагревателей 24, снабженные элементами контроля (термопарами) расположены по периметру и всей длине светопроводов 3, 11, 13 и подключены к блоку регулирования и расхода хладагента 25. ( К этому же блоку регулировки 25 подключены источник хладагента 9 и элементы регулирования и контроля 17, 18, 19, 22, 23, включающие в себя термопары, датчики давления и расхода, регулирующие заслонки. Теплоизоляция рабочей камеры, светопроводов и газопроводной системы вьтолнена двухслойной с внутренним высокотемпературным слоем 26 (см. фиг. 2) и внещним низкотемпературным слоем 27 (см. фиг, 2), Кроме того, установка снабжена гибким оптически прозрачным газонепроницаемым чехлом 28, надетым на рабочую камеру 4. Чехол 28 имеет манжеты для сброса паров хладагента и для ввода образцов в эксикаторе, если образцы гигроскопичны ил токсичны. Рабочая камера 4 расположена в зоне источника ионизирующего излучения 29 и отделена биологической защитой 30 от остальной части установки. Расположение нагревателя 6 вокру теплообменника 7 исключает растрескивание образцов от попадания капель жидкого хладагента на него, по воляет устанавливать необходимую на образце температуру и производить измерения оптических характеристик образца в различных направлениях. Установка оптически прозрачных газо непроницаемых перегородок 2 в блоках фоторегистрации 12 и источника света I выполнена с целью исключени колебаний температуры в блоках м ис ключения попадания в них агрессивных веществ и их утечки. Выполнение теплоизоляции из двух слоев позволя ет менять температуру паров хладагента, направление его движения и исключать порчу или возгорание низкотемпературной изоляции, которзто вьтолняют обычно из пенопласта. Установка независимых секций нагревателей 24 с элементами контроля по периметру и вдоль всей длины светопроводов 3, 11, 13 необходима для осуществления постоянного на единиц длины светопровода ввода тепла в светопроводы и позволяет иметь постоянный градиент температуры паров хладагента в польтх светопроводах 3, 11, 13 по радиусу на всей длине светопроводов. А если секции нагре вателей в работе будут зависимым друг от друга, то при смене направления течения хладагента они не смо гут обеспечить постоянный градиент температуры вдоль длины всех светопроводов. Создание градиента температуры по радиусу светопроводов необходимо для увеличения их светогфопуекания. Так как с ростом температуры коэффи циент преломления газов уменьшается что приводит к фокусировке света вдоль осей светопроводов, а следовательно, и увеличению падающего на образец света от блока источника света, и от образца к блоку фоторе- гистрации, то отношение сигнал/шум увеличится и повысится точность измерений прозрачности, радиолюминесценции и термолюминесценции. :(154 Угол см; f/2 выбирают при исследо-ваиии квадратных в основании образцов, угол о: /3 при исследовании гексагональных в основании образцов, т.е. кристаллов с осью симметрии четвертого и шестого порядка и т.д. Угол к, между осью входа световывода и. осью входа дополнительного светопровода не должен быть больше 7/2 для того, чтобы исключить попадание рассеянного света от источника света мелкими включениями или прокоагулировавшим активатором вследствие облу-чения кристаллов, т.е. для регистрации через дополнительный светопровод только света радиолюминесценции. На фиг.. 2 изображен вариант подключения дополнительного светопровода 1 3 к теплоизолированной рабочей камере 4. Этот вариант подключения используют в случае, если исследуют образцы, имеющие ось симметрии шестого порядка. В этом случае вход дополнительного светопровода подключают под углом 0 5 1/3. Для образцов другой геометрии используют другие углы подключения дополнительного светопровода. Установка работает следующим образом. Блоком регулировки и расхода хладагента 25 открывают элемент регулирования 22, связывающий газопроводы с атмосферой, включают подачу паров хладагента потрубопроводу 8, подогревают их до комнатной температуры в теплообменнике 7, нагревателем 6 открывают элементы регулирования 1719, при этом происходит продувка системы парами хладагента. После чего в прозрачный газонепроницаемый чехол 28 Б эксикаторе вводят образец, если он токсичный или гигроскопичный, открывают элемент регулирования 23 и закрывают элемент регулирования 22, продувают газонепроницаемый чехол. После чего приоткрывают элемент регулирования 22, чтобы в чехле 28 был небольшой избыток давления паров хладагента, достаточный, чтобы исключить попадание в него атмосферного воздуха, извлекают из эксикатора образец я устанавливают его в держатель образца 5. Закрывают рабочую камеру 4, затем закрывают элемент регулирования 23 и открывают полностью элемент

регулирования 22. Если необходимо производить измерения при низких температурах, то нагреватель 6, расположенный в рабочей камере 4, отключают, охлаждают образец 10 до необходимой температуры и выравнивают расход паров в дополнительном светопроводе 13, световводе 3 и световыводе 11 с помощью элементов регулирования 17-19. После чего включают нагреватели 24, расположенные по периметру и вдоль всей длины светопроводов и поддерживают постоянный по длине светопроводов градиент температуры с минимальным значением температуры у рабочей камеры 4 и максимальным на входе световвода 3, ивыходах световывода 11 и дополнительного светопровода 13 Контроль температуры осуществляют термопарами, расположенными совместно с нагревателями 24. Создание постоянного градиента температуры по длине светопроводов приводит к постоянному на единицу длины светопровода вводу тепла, а следовательно, к постоянному радиальному градиенту температуры в светопроводах, и соответственно фокусировке света з светопроводах.

Далее производят облучение образца и по амплитуде радиолюминесценции калибруют каналы, после чего установка готова к проведению измерений. Калибровку каналов на время проведения экспериментов достаточно провести один раз.

Для проведения измерений прозрачности включают блок источника света 1 , и если используют импульсный источник света, то его работу синхронизируют с работой источника излучения 29, настраивают на необходимый спектральный диапазон блок источника света 1. При включении источника излучения 29 запускается источник света 1 и на выходе дополнительного светопровода 13 регистрируют изменение только радиолюминесценции, а на выходе световывода 11 изменение прозрачности совместно с радиолюминес.ценцией, значение которых фиксируется и обрабатываются в блоке фоторетистрации 12, которьй.выдает изменение радиолюминесценции и изменение прозрачности, производя вычитание из сигнала радиолюминесценции с изменением прозрачности сигнал радиолюминесценции. При необходимости исследовать термолюминесценцию образца включают нагреватель 6, расположенный в рабочей ка lepe 4, и одновременно с ростом температуры образца увеличивают температуру светопроводов с сохранением градиента температуры постоянным вдоль светопроводов. При достижении температуры 60-70 С на выходах дополнительного светопровода 13 и световывода 11 температуру образца оставляют постоянной, открывают элемент регулирования 23, перекрывают элемент регулирования 22 и пускают пары хладагента от источника хладагента 9 в газопровод 20, производя прокачку газопроводной системы в обратном направлении. При этом для поддержания температуры образца постоянной во время этого переходного режима используют нагреватель образца 6, подачу хладагента в теплообменник 7 и отключение нагревателей 24, расположенных на светопроводах. Весь переходной режим смены направления потоков составляет 1,5 мин, а поскольку при этом температура образца поддерживается постоянной, то потери информации (запасенной светосуммь в образце) не происходит. После смены направления потоков отключают подачу хладагента через теплообменник 7 и подают в камеру по газопроводам 20, 14, 15, 16. Включают нагреватели 24 светопроводов, но так, чтобы градиент температуры оставался постоянным, а минимальная температура паров хладагента была на выходах дополнительного светопровода 13 и световывода 11. Тогда будут осуществляться фокусировка света от образца вдоль светопроводов, что повышает точность измерения термолюминесценции. Наиболее эффективно блок регулировки температуры и расхода хладагента 25 работает, если в него в качестве управляющего органа введена аналоговая вычислительная мащина, тогда колебание температуры на образце во время переходного периода

не превышает 0,5-1 С, I

Измерения при.высоких температурах радиолюминесценции и изменении прозрачности производят при обратном направлении движения паров хладагента. Открывают элемент регулирования 23 на рабочей камере и при закрытом элементе регулирования 22 связи с атмосферой с источника хладагента 9 7I подают пары хладагента в газопроводы 20, 21 и светопроводы 3, 11, 13, Включают нагреватели 24, расположенные на светопроводах так, чтобы максимальная температура была у входов в рабочую камеру, а вдоль длины светопроводов был постоянный градиент температуры, или, что то же самое, постоянный подвод тепла на единицу длины светопроводов и, повышая температуру образца 10 и одновременно нагревателей 24 светопроводов, выходят на необходимый температурный режим и проводят измерение прозрачност и радиолюминесценции. ВыКоды кци Ч (.f 058 После окончания работы образец 10 извлекают из рабочей камеры 4, устанавливают в эксикатор и извлекают вместе с эксикатором из газонепроницаемого чехла 28, Отключают подачу хладагента, выключают нагреватели и элементы регулирования 17, 18, 19, 23, при этом элементы регулирования 22 и 23 продолжают работать как обратные клапаны . Такая установка j кро- ме перечисленных достоинств , ис- . ключает попадание в нее пыли , что также повышает точность измерад1ий и упрощает ее эксплуатацию. ffiMif/f r-v 22,2

гц

2Ц

гч

Фиг2