ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА Советский патент 1995 года по МПК H01J47/02 

Изобретение относится к измерению ионизирующих излучений, а более конкретно - к методам регистрации альфа-излучения от высокоинтенсивных источников, в частности применяемых в электронной промышленности при изготовлении интегральных схем.

Цель изобретения - повышение безопасности работы путем понижения высокого рабочего напряжения на ионизационных камерах (ИК).

Предлагаемое устройство в виде трехзазорной ионизационной камеры полного поглощения изображено на чертеже.

Ионизационная камера содержит заземленный корпус 1, высоковольтный электрод 2, заземленный охранный электрод 3, собирающий электрод 4, дополнительные сеточные электроды 5^I и 5^II , токопроводящий поглотитель 6 альфа-частиц, источник 7 альфа-излучения, измеритель 8 тока, источник 9 высокого напряжения, переключатель 10 измерителя 8 тока, переключатель 11 высокого напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При измерениях тока в верхнем рабочем зазоре переключатель 11 соединяет электрод 2 с источником 9 высокого напряжения, а переключатель 10 измерителя 8 тока соединяет дополнительные электроды 5^I и 5^II(верхний и средний) и источник 7 с измерителем 8 тока. Поглотитель 7 вынут из ионизационной камеры.

При измерениях тока во втором рабочем зазоре (среднем) переключатель 11 соединяет электрод 5^II с источником 9 высокого напряжения, а переключатель 10 соединяет электрод 5^I (средний) и источник 7 с измерителем 8 тока. Поглотитель 6 альфа-частиц установлен на электрод 5^II . При измерениях тока в первом рабочем зазоре (между электродами 5^I и 4) переключатель 11 соединяет электрод 5^I с источником 9 высокого напряжения, а переключатель 10 соединяет собирающий электрод 4 с измерителем 8 тока. Поглотитель 6 установлен на электроде 5^I . При этом альфа-источник 7 для обеспечения точности измерения тока в первом рабочем зазоре установлен на токопроводящем держателе, который соединен с источником компенсационного напряжения. Держатель позволяет перемещать источник относительно собирающего электрода 4 и изменять телесный угол потока альфа-излучения, исходящего от источника.

При измерениях в третьем и втором рабочих зазорах измеряют токи при высоком напряжении, равном нулю и + 4 кВ, а их I₃ и I₂ определяют по их разности I₃ = (I₃(4 кВ) - -I₃(0 кВ)) и I₂ = (I₂(4 кВ) - I₂(0 кВ)).

При измерениях в первом зазоре предварительно на держатель источника 7, при высоком напряжении U_в на электроде 5^I , равном 0, от источника компенсационного напряжения (с обратной полярностью по отношению к U_в ) устанавливают минимальное компенсационное напряжение, при котором ток через зазор (электроды 4,5^I ) равен 0, а затем измеряют ток I₁ при высоком напряжении + 4 кВ. Значение тока через ионизационную камеру полного поглощения I_o равно сумме токов через 3 зазора I₁, I₂, I₃. В значение тока I_o вводят поправку на поглощение альфа-излучения сеточными электродами 5^I , 5^II и 4_о К_сет. Величину I-К_сет измеряют как отношение суммарного значения токов I_oсет (с дополнительной сеткой, устанавливаемой на альфа-источник) к I_o без дополнительной сетки. Суммарное значение токов I_Σ с поправкой на I-К_сет определяют по формуле
I_Σ =
При экспериментальной проверке измерения проводили с сеточными электродами 4, 5^I , 5^II , выполненными из капеливой проволоки ⊘ 0,18 мм с шагом 5 мм. В качестве поглотителя 6 альфа-частиц использовали алюминиевую фольгу толщиной 6-10 мг/см², которую при измерениях устанавливали на электроды 5^I или 5^II . Токи в зазорах камеры измеряли с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (измеритель 8 тока) чувствительностью σ_I= 5,5˙10^-11 А/мимп/с.

АЦП преобразует аналоговую величину (I_ток) в цифровой эквивалент (n - число импульсов в 1 с).

I = σ_I˙n_o, I_o = σ_I(n₁ + n₂ + n₃) ,
n_o = n₁ + n₂ + n_3, где n₁, n₂, n₃ - скорость счета с АЦП в имп/с от 1-го, 2-го и 3-го зазоров ионизационной камеры,
σ_I- чувствительность АЦП по току, приходящаяся на 1 имп/с.

Измерения проводили последовательно в зазорах соответственно между электродами (4, 5^I ), (5^I , 5^II ) и (5^II , 2) : 10 мм в первом, 22 мм - во втором, 27 мм - в третьем.

Источник высокого напряжения имел напряжение + 4 кВ, его последовательно подсоединяли переключателем 11 к 1-му, 2-му, 3-му зазорам (электродом 5^I , 5^II и 2) и он обеспечивал режим насыщения в них, а измеритель 8 тока соответственно подсоединяли к электродам 4, 5^I, 5^II . На электроды 5^I или 5^II , на которые подавали высокое напряжение + 4 кВ, предварительно устанавливали поглотитель 6 альфа-частиц.

Экспериментальная проверка устройства была выполнена на источниках типа "Альфа" ( ⊘ 20 мм), "Факт" ( ⊘ 7 мм), АИПЭЛ (25 х 60 мм) с потоком энергии альфа-излучения 5-33 мкВт, предварительно аттестованных на дифференциальном калориметре с погрешностью ±10% ( α- 0,95). Например, для источника "Альфа" с потоком энергии F_E(Ω)= 14 мкВт ±10% (0,95), измеренном на калориметре, при измерениях предлагаемой камерой с тремя зазорами
F_E(Ω) = где n_о - суммарная скорость счета от АЦП в имп/с в трех зазорах ионизационной камеры;
σ_I= 5,5˙10¹¹ А/имп/с - чувствительность измерителя тока (АЦП);
К_сет - коэффициент поглощения альфа-излучения сеточными электродами;
К_f - ток, обусловленный поглощением альфа-излучения с энергией 1 мкВт в воздухе (при нормальных условиях). При энергии образования одной пары ионов ω= 34,7±1 эв равно F_E(Ω)= 13,8 мкВт ±5% (0,95) (при этом n_o = 6781 имп/c, К_сет = 0,94, К_f = =2,882˙10⁸ А/мкВт).

В экспериментах с ИК, наполненной спектрально чистым аргоном ( ω= 24,3 эв ± 0,3%) погрешность измерения была снижена до 2-3% ( α- 0,95).

Экспериментальная проверка ионизационной камеры на источниках "Альфа", "Факт" с этим наполнением подтвердила возможность аттестации образцовых источников абсолютным методом. Однако из-за более низкого электросопротивления чистого аргона по сравнению с воздухом (по напряжению пробоя - в 5,5 раза) с ним менее удобно работать.

Предлагаемое устройство позволяет повысить безопасность работы при измерениях, т. к. позволяет существенно (не менее чем в 7 раз) снизить рабочее напряжение источника высоковольтного питания ионизационной камеры, обеспечивающее режим насыщения, упростить его устройство, снизить стоимость изготовления и повысить экспрессность при измерениях.

Кроме того, вынесение за пределы рабочих зазоров ионизационной камеры держателя альфа-источника, выполняющего функции компенсационного электрода, позволяет не только сократить время, но и повысить (в 2-3 раза) точность измерения потока энергии альфа-излучением как в 2π геометрии, так и дополнительно в ограниченном телесном угле при различных расстояниях источника от собирающего электрода.

Изобретение относится к измерению ионизирующих излучений и может быть использовано в технике регистрации альфа-излучения высокоинтенсивных потоков. Цель - повышение безопасности работы путем понижения высокого рабочего напряжения на ионизационных камерах. Весь объем широкозазорной ионизационной плоско-параллельной камеры делится на три узкозазорных камеры дополнительно введенными электродами и переключателями высокого напряжения. Это позволяет снизить рабочее напряжение с 50 до 4 кв. 1 ил.

ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ИОНИЗАЦИОННАЯ КАМЕРА для измерения потока энергии альфа-излучения высокоинтенсивных источников, состоящая из корпуса, наполненного газом, и расположенных в этом корпусе высоковольтного и собирающего электродов, образующих рабочий зазор, а также подключенных к электродам камеры источника высокого напряжения и измерителя тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения безопасности работы путем понижения рабочего напряжения, в нее введены два дополнительных сеточных электрода, делящие рабочий зазор на три части, металлический поглотитель альфа-излучения, переключатели высокого напряжения и измеритель тока, причем первый переключатель соединен соответственно с двумя дополнительными сеточными и высоковольтными электродами, а второй - с двумя дополнительными сеточными и собирающим электродами, который выполнен в виде сетки.