Способ определения чувствительности вакуумных ионизационных камер Советский патент 1991 года по МПК G01T1/28 

Изобретение относится к технической физике, а именно к области реги- .страции ионизирующего излучения.и может быть использовано при градуировке вакуумных иоиизационных камер, работающих с внешним источником питания по принципу регистрации медленных вторичных электронов (МВЭ).

Цель изобретения - упрощение спо- соба и увеличение точности в процессе изготовления.

Способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных

ионизационньрс камер осуществляется следующим образом.

В ионизационной камере измеряют площадь поверхности S электрода-эмиттера и объем V полости, ограниченной . .проекционной плоскостью края электродной системы на стенку корпуса, стенкой корпуса и электродной системой ионизационной камеры. Затем ионизационную камеру заполняют газом при фиксированном давлении или используют- камеру, заполненную воздухом при атмосферном давлении. После этого газосд

ел

4

наполненную нониТ ационную камеру облучают ионнэирую1цим излучением. Создают разность потенциалов между электродами и измеряют электрический сигнал в максимуме характеристики насыще ння газонаполненной ионизационной камеры. По величине сигнала и мощности дозы ионизирующего излучения впреде- ляют чувствительность К. гаэонапол- ненной ионизационной камеры. По величине К., характеристикам конструкции

V

0 используемых в ней материалов

о

рассчитывают величину чувствительное- ти Ку вакуумированной конструкции. Ионизационную камеру вакуумируют и завершают ее изготовление отпайкой откачной-трубки.

На чертеже изображена схема, поясняющая границы объемов в ионизационной камере.

В изготовленной конструкции иони- зациониой камеры, состоящей из размещенных в цилиндрическом корпусе внешним диаметром 50 и толщиной стенки 0,8 мм двух электродов, выполненных из набора одинаковых элементов, образующих несколько расположенных одна за другой измерительных секций, каждая из которых содержит один элемент одного электрода, заключенный между двумя элементами второго электрода, измеряют площадь поверхности S электрода-эмиттера, и объем V полости, ограниченной проекционной плоскостью 1 края электродной системы ка стенку 2 корпуса, стенкой 2 корпуса и электродной системой 3 ионизационной камеры, и определяют величину эквивалентного межэлектродного расстояния ,6 см. В этой конструкции элементы выполнены из вег ржавеющей стали в вцце Дисков диаметром 44 и толциной 0,4 мм, покрытых закисью-окисью урана, расстоя- 1ше между соседними дисками разноименных электродов равно 0,4 см. Пос ле этого ионязационную камеру при нормальной температуре последовательно заполняют метаном и аргоном до давления 4 и 35 Па соответственно. |Среднюю энергию иоиообразования W н плотность р полученной в камере газовой смеси равны 2,36-1о МэВ н 5,42-10 т/см соответственно. АТна- логнчньм образом, как отмечено выше, может использоваться воздух, Заполняющий конструкцию при атмосферном

5

20

25

Q

|

5

30

давлении. Затем газонаполненную ионизационную камеру облучают гамма-квантами изотопного источника Со, создают внешним источником питания разность электрических потенциалов 300 В между элек.тродамн, при которой ионизационный ток газонаполненной камеры находится в насыщении, измеряют электрический сигнал в ней. По величине этого сигнала определяют величину чувствительность К.(2,5± ±0,2)«10 Кл/рад к гамма-излучению изотопного источника °Со газонаполненной ионизационной камеры. Под воздействием гамма-излучения сигнал Ii газонаполненной ионизационной камеры складывается из-электрического тока ионов и электронов, образованных в межэлектродном промежутке и газовой полости, примыкающей к электродной системе и ограниченной проекционной плоскостью 1 края электродной системы на стенку 2 корпуса и стенкой 2 корпуса. При условии выполнения соотношения Брегга-Грея величина тока 1 насьпцения газонаполненной ионизационной камеры связана с мощностью дозы РГ, поглощенной в материале электродов, чувствительным объемом и характеристиками материалов соотношением

5

5

0

5

0

(I)

V6,25.1o f ip,

где р - плотность газа;

W - средняя энергия новообразования в газе, МэВ;

V - объем полости, ограниченной проекционной плоскостью края электродной системы на стенку корпуса, стенкой корпуса и электродной системой ионизационной камеры;

- средняя величина отношения тормозиых способностей материала поверхностного слоя электрода-эмиттера и газа;

е - заряд электрона. Здесь fy берется В Гр/с. Сигнал 1у вакуумной ионизационной камеры формируется медленньмн вторичными электронами и при напряжении питания минус 100 В, при котором обеспечивается полное собирание медленных вторичных злект- ронов в электродной системе и практически отсутствует вклад медленных вторичньа электронов, выходящих с внутренней поверхности стенки корпу- .са, его величина связана с Fv соотношением

l76,25-lo e«5SPj ,(2)

где Жд - эмиссионная способнорть закиси-окиси урана,.г/(

S - площадь поверхности электрода-эмиттера.

Здесь PV. также берется в Гр/с. Чувствительность К, вакуумной иони- эационной камеры к гамма-излучению изотопного источника Со рассчи- тьшают по фьрмуле

Кд.(2,5010,45). 10- Кл/рад, вытекающей из установленного механиэ15

на токообразования в газонаполненной 15 wNi-cnnaa (5,7% Ni

и вакуумированной конструкции по со- отнощениян (1) и (2). Здесь f «.1 - средняя величина отношения тормозных способностей газовой смеси и заки- си-окнсй урана при энергии гамма-излучения 1,25 МэВ; ed ,6 см - эквивалентное межэлектродное расстр- яние; 3e.,j - величина эмиссионной способности закиси-окиси урана, нанесенной на поверхности электродов. Значения величины Х используемых в детекторах материалов, берутся из табл. . После этого ионизационную камеру вакуумируют до давления остаточных газов, ниже 1 и завершают способ по определению чувстви- . тельности в процессе изготовления отпайкой откачной трубки ионизационной камеры Проверку предложенного способа определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных ионизационных камер осуществляют прямьа4 измерением величины.чувствительности К. вакуумной ионизационной камеры к : гамма-изЛучению изотопного источника , В единицах 10 Кл/рад значения величины Ку, полученные прямым измерением и по предложенному способу, следующие (см. табл. 2).

по массе) Смесь двуокиси тория с закисью-окисью урана -в соот- 20 ношении 1:5 nd масс Смесь двуокиси тория с закисью окисью урана в соотношении 1:1 по массе

К

Прямое измерение

30

2,2±0,2

Полученные результа что значения величи

g между собой в преде определения.

Значение об вычис там экспериментальны чин сигналов газона

40 вакуумированной (1у одинаковых условиях квантами изотопного формуле f W

г 45 результатам измерени

Таблица I

Величина эмиссионной спосЬбности г/ /(см МэВ)

151757

Продолжение табл.1

0

.Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, травленая в растворе кислот

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т с окисленной при температуре 800-900 С на воздухе поверхностью

0,51±0,08

5 wNi-cnnaa (5,7% Ni

по массе) Смесь двуокиси тория с закисью-окисью урана -в соот- 0 ношении 1:5 nd массе Смесь двуокиси тория с закисью окисью урана в соотношении 1:1 по массе

1,,2 ,I

1,2tO,1 1,1±0,2

Таблица 2

Прямое измерение

1

По предложенному способу

2,2±0,2

2,50tO,45

Полученные результаты показывают, что значения величины согласуются

g между собой в пределах точности их определения.

Значение об вычисляют по результатам экспериментальных измерений величин сигналов газонаполненной (1д) и

40 вакуумированной (1у) конструкции при одинаковых условиях облучения гамма- квантами изотопного источника Со и формуле f W 1д. „

г . 45 результатам измерения величин S и V,

характеризующих конструкцию, и фор

в сантиметрах значения (с м. табл. 3).

ТаблицаЗ

Изобретение относится к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано при градуировке вакуумных ионизационных камер. Цель изобретения - $т1роще 1ие способа и увеличение точности в процессе изготовления, В способе предварительно измеряют площадь поверхности S элек трода-эмиттера, расположенного в полости, ограниченной проекционной плоскостью края электродной системы на стенку корпуса камеры, измеряют также объем этой полости V. Затем заполняют камеру газом или воздухом при фиксированном давлении, облучают камеру ионизирующим излучением и определяют чувствительность К по измеренному электрическому сигналу и определяют искомую чувствительность К у по формуле (об - эквивалентное межэлек- троднор расстояние; W - средняя энергия ионообразования в газе или воздухе; f - средняя величина отношения тормозных способностей материала поверхностного слоя электрода-эмиттера и газа или воздуха; р - плотность газа или воздуха; Х - эмиссионной способность материала поверхностного слоя электрода-змиттера. Затем камеру вакуумируют. 3 табл. 1 ил. с 9 сл

Закись-окись урана Двуокись тория Двуокись урана

Измерение

55

Расчет по формуле

-I

0,бЗ±0,08

0,6

Таким образом, значение величины ti, рассчитанное по предложенному способу и характеристикам конструкции ионизационной камеры, совпадает в пределах точности измерения с величиной, рассчитанной по показаниям газонаполненной и вакуумированной конструкции под воздействием гамма- излучения изотопного источника Со.

Предложенное техническое решение по сравнению с известными позволяет упростить определение чувствитехЛ - ности вакуумных камер (вторично- эмиссионных детекторов) к ионизирующему излучению и с-точностью 15- 20% определять чувствительность на этапе разработки макетов до операции вакуумирования и герметизации откач- ной трубки, что в свою очередь позволяет значительно увеличить качество разработки.

Предложенное техническое решение позволяет также проводить градуиро- вочные измерения энергетической чувствительности вторично-эмиссионных детекторов облучением заполненного газом детектора лабораторными изотопными источниками методом газонаполненной ионизационной камеры, чув ствител ность которой на 3-А порядк величины выше чувствительности вто- рично эмиссионного детектора, что позволяет также упростить мероприят по безопасной работе с источниками излучения.

Формула изобретения

Способ определения чувствительности вакуумных ионизационных камер, заключающийся в том, что ионизационную камеру, состоящую из корпу-. са, полости и расположенных в ней электродов-эмиттеров, облучают ионизирующим излучением, измеряют электрический сигнал в ней и определяют величину чувствительности, о т. л и - чающийся тем, ч.то, с целью упрощения способа и увеличения точности, камеру в процессе изготовления предварительно заполняют газом или воздухом, облучают ионизирующим излучением, определяют чувствитель- ., Ность Ki, а чувствительность вакуумной камеры находят по формуле

К.

V pVА )

где W - средняя энергия ионообр зова- ния в газе или воздухе;

f - средняя величина отношения тормозных способностей материала поверхностного слоя элeктpoдa-э fflттepa п воздуха;

Р - плотность газа или воздуха;

эСд- эмиссионная способность мате- риала поверхностного слоя электрода- эмиттера;

S - площадь поверхности электрода-эмиттера;

,V - объем, ограниченный проекци- онной плоскостью края электродной системы на стенку корпуса , стенкой корпуса и электродной системой ионизационной камеры.

/ I

/

7/7 7

I

Л