Ионизационный способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных камер с радиоактивным изотопом Советский патент 1991 года по МПК G01T1/28 

1

Изобретение относится к технической физике, а именно - к регистрации ионизирующего излучения и может быть использовано при градуировке кейтрон- ночувствительных вакуумных камер деления, работающих с внешним источником питания по принципу регистрации медленных вторичных электронов (МВЭ), выходящих из материала под воздействием ионизирующего излучения.

Целью изобретения является упрощение способа и увеличение точности в процессе изготовления.

Способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумньк ионизационных камер с радиоактивным

изотопом осуществляется следующим образом.

В ионизационной камере деления измеряют объем V полости в межэлектродном промежутке. Затем ионизационную камеру заполняют газом при фиксированном давлеш и или используют камеру, заполненную воздухом при атмосферном давлении. Создают разность потенциалов между электродами и измеряют величину 1 темнового тока в максимуме характеристики насыщения газонаполненной ионизационной камеры с радиоактивным изотопом. По величине 1 и предварительно построенному графику определяют величину pd поверхел

со

VI

ипгтнпй г1лс)тмостТ1 мптсрилла, наиесеи- иого на -электроды и содержащего ядра тяжелых изотопов. После этого ионизационную камеру ппкуумирутот. Соэ дают разность потенциалов между электродами и измеряют величину „ тем- нового тока в максимуме характеристики насыщения вакуумной ионизационной камеры с радиоактивным изотопом, обуслоилеиного МВЭ эмиссии.

По величине pd и предварительно построенному графику определяют величину ()зес0 усредненных по всем

fdv/

углам вылета полных потерь энергии в приграничном слое материала покрытия на один осколок, вылетающий из слоя. По величинам I и I „ рассчитывают величину XgS эмиссионной способности электрода-эмиттера по формуле

.PV .„ ,3.....

Ь

Ч

Хг 8

где P,W - плотность газа и средняя энергия ионообразования в газе соответственно; удельная эмиссионная способность материала покрытия; площадь радиоактивного покрытия электрода-эмиттера; отношение активности материала покрытия на электроде-эмиттере к полной активности материала с радиоактивным изотопом в камере; средняя величина отношения тормозных способностей материала поверхностного слоя электрода-эмиттера и газа к излучению ядер радиоактивны изотопов в камере.

,dE s°t --3v f

гамма-из

Л По

величинам х s ,(--;-). sec в

nH-tf Г

расpdx

считывают чувствительности к lanna-n

лучению и нейтронам вакуумной ионизационной камеры с радиоактивным изотопом.

На фиг. 1 изображена зависимость темнового тока газонаполненной камеры деления, заполненной под давлением t ATM аргоном, от толщины поверхностной плотностн Pd слоя закиси-окиси урана ( на фиг. 2 - зависиJ Р

MDCfTb (-Т-), sec в усредненных по всем ах t

углам вылета полных потерь энергии продуктами деления ядер в поверхностном слое на один осколок, выпета Q

5

0

5

0

.«

,

35

.,

.Q

55

ютий ич покрытия злкт1си-()кисн (1) и двуокиси (.) урана от толщины d делящегося слоя, выраженной в единицах k средней длины пробегов продуктов деления.

П изготовленной конструкции ионизационной камеры, состоящей из размещенных в цилиндрическом корпусе внешним диаметром 80 и толщиной стенки 0,8 мм двух электродов, выполненных из набора покрытых слоем закиси-окиси урана () дисков из нержавеющей стали диаметром 72 мм и толщиной 0,4 мн, образующих несколько расположенных одна за другой секций, каждая из которых содержит сигнальный электрод, заключенный между двумя высоковольтными электродами, измеряют объем полости в межэлектродном промежутке (V-IIO см ).

После этого ионизационную камеру деления, содержащую альфа-радиоактивные ядра тяжелых изотопов, при нормальной температуре заполняют аргоном до давления I ATM. Средняя энергия ионообразования W и плотность А аргона в камере соответственно равны 2,63-10-5мэВ и 1,66ПО- г/см Аналогичным образом может использоваться воздух, заполняющий конструкцию при атмосферном давлении.

Затем внешним источником питания создают разность потенциалов между электродами 300 В и измеряют темно- вой ток I газонаполненной ионизационной камеры в максимуме характеристики насыщения, обусловленный ионизацией аргона альфа-излучением ядер радиоактивных изотопов в межзлектрод- ном промежутке.

По величине 1.,-2,4А -10 А (0,5 отн. ед.) и графику, изображенному на фиг. 1, определяют поверхностную плотность d«0,5 10 г/см слоя закиси-окиси урана на поверхпости электродов.

При условии выполнения соотношения Брегга-Грея на линейном участке зависимости 1 от pd величина 1 связана с усредненными по всем углаМ вылета полными .потерями энергии в газонаполненном межэлектродном промежутке на одну альфа-частицу, выпетагчцую из слоя, соотношением

eP.dE V - . « A« b

(I)

где А , - ал ьфа-активность материала покрытия в камере;

,dE

Ч - число альфа-частиц, выпета- ющих из покрытия;

(-) sec в усредненные по всем углам вылета полные потери энергии на единицу длины пути в газе и на одну альфа- частицу, выпетающуго из слоя;

в - угол выпета альфа-частиц относительно нормали к поверхности покрытия; е - зяряд электрона, i После этогй камеру вакуумируют до давлотя остаточных газов ниже I « «10- Па.

Затем создают внешним источником питания разность потенциалов 300 В между электродами вакуумированной ка- меры деления и измеряют величину Ii, 1,4 . темнового тока в максимуме характеристики насыщения, обусловленного ШЭ, выходящими из электрода- эмиттера под воздействием альфа-иэ-

лучения.,

j«

Величина I., связана с (--:-)/ sec 0 fdx tfw

усредненными по всем углам вътета полными потерями энергии в поверхност- ном слое материала электрода-эмиттера на одну альфа-частицу, вылетающую из слоя материала покрытия, соотношением

,д

20 25

30

где ZP,AO,IO - aroMHbtf номер, атомный вес и потенциал ионизации аргона соответственно; Z., .1,. - атомный номер и потенциал ионизации i-ro элемента, входящего в состав закиси- окиси урана соответственно; Nf - число атомов i-ro элемента в молекуле закиси-окиси урана;

и - молекулярный вес закиси-окиси урана; Е - энергия aльфa-чacтиц испускаеьых ядрами радиоактивного изотопа.

По графику 1 для слоя закиси-окиси урана толщиной 0,5 мг/см определяют величину (-;-), весб «0,5

« t, f- 10 МэВ см /г усредненных по всем

углам выпета полных удельных потерь энергии продуктами деления в поверхностном слое на один осколок, вылетающий из покрытия электрода-эмиттера. Средняя длина пробегов продуктов деления ядер в закиси-окисц урана , вьфаженная в единицах 10 г/см равна 7,4А.

Чувствительность к нейтронам К,, вакуумной камеры деления в максимуме характеристики насьпцения токи рассчитывают по формуле

dE

35 Ky-eN pd6Nx5s() jSece /А,

Изобретение относится к технике измерений ионизирующих излучейий о помощью вакуумных ионизационных камер. Целью изобретения является упрощение способа и увеличение точности. Цель достигается измерением темнового тока дважды - при атмосферном давлении в объеме камеры и при вакууме в том же объеме. По измеренным темновым токам и объеме полости в междуэлектродном промежутке определяют чувствительность вакуумной ионизационной камеры к виду ионизирующего излучения и нейтронам в лабораторных условиях без использования внешнего источника излучения с погрешностями 3-10% для гамма-излучения и 5-J5Z для нейтронов. 2 ил., I табл. г

где Xj - удельная эмиссионная способность материала электрода- эмиттера;

А , - альфа-активность материала покрытия на электроде-эмиттере .

По величине отношения 1у/1« рассчитывают величину XjS по формуле

XjS --PVW I

Ь

вытекающей из (I) и (2). Здесь А- средняя величина отношения тормоз- ных способностей аргона и закиси-окиси урана к альфа-излучению: (/AJ( «2

Величину А рассчитывают по формуле

- « ,j 2

Ар

I Z.N. In Yгде Мд - число Авогадро;

сГ - относительное кол1тчество делящегося изотопа в веществе покрытия (по массе);

А - атомный вес делящегося изотопа;

6 - среднее сечение деления яде нейтронами;

N - среднее число осколков, вылетающих из покрытия электрода-эмиттера на один акт деления.

Среднее число осколков N, покидающих слой делящегося материала толщиной d на один акт деления в этом слое на глу15мне, не превьшзающей средней длины пробегов легких и тяжелых продуктов деления, рассчитывают в предположении, что в каждом акте деления ядер образуются легкий и тяжелый осколки с массами, энергиями и зарядами, равными соответствующим средним

величинам, вычисленным по спектрам легких н тяжелых продуктов деления. В этом предположении велТгчина N рассчитывается с удовлетворительной точностью по формулам

1

,(l-d/2R ;) при d Rmt

N- i{3/2-d/2R, /

где R,-8,09; -6,A7 при Rb, при d RW,

средние длины пробегов легких и тяжелых продуктов деления ядер в закиси-окиси урана, мг/см.

Чувствительность к гамма-излучению К ,, вакуумной камеры деления в максимуме характеристики насыцеиня тока определяют в единицах поглощви- ной доэы в воздухе по формуле

15316798

Предложенное техническое решение ло сравнению с известными позволяет определять чувствительность вакуумных камер деления к любому виду ионизи- руюшего излучения и нейтронам в лабораторных условиях без использования внешнего источника излучения с погрешностями 5-10% для гамма-излучения и 5-15% для нейтронов, которые определяются главным образом точностью измерений величин 1, I, и . Погреш10

15

20

иостн значений величии, характеризу- юЬщх свойства материалов, ьюгут быть сведены к минимальным путем предварительного анализа поступившей партии.

Формула изобретения

Ионизациоиный способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных ионизационных камер изотопами, заключающийся в том, 4tu в заполненной газом при фиксированном давлении или воздухом при атмосферном давлении ионизационной камере измеряют темновой ток и определяют чувствительность к заданному виду ионизирующего излучения и нейтронам, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и увеличения точности, дополнительно измеряют объем V полости в ме;1сэлектрод- ком промежутке, затем ионизационную камеру вакуумируют, измеряют темновой ток вакуумироваиной ионизационной камеры, обусловленный медленными вто- ричнЕПш электронами эмиссии, и по величинам объема V н темновых токов газонаполненной и вакуумированиой ионизационной камеры определяют величину эмиссионной способности электрода- эмиттера, по которой судят о чувствительности вйкуумюй ионизационной камеры.

Ktni я

Km

ex,8

6,25

Для

коэффиш«ент ослабления потока гамма-квантов стенкой пуса и электродной систе-. мой;

коэффициенты истиняб го поглощения энергии материалом электродов и воздуха соответственно.

излучения изотопного источника Со в едииицах Ю Кл/рад Kj -7,5 в условиях равновесия заряда вторичных электронов.

Результаты определения чувствительности вакуумных камер деления по предлагаемому способу и прямыми измерениями приведены в таблице.

Из таблицы видно, что в пределах точности нэиереиий величины чувстви- тельиост ей совпадают.

иостн значений величии, характеризу- юЬщх свойства материалов, ьюгут быть сведены к минимальным путем предварительного анализа поступившей партии.

Формула изобретения

Ионизациоиный способ определения чувствительности в процессе изготовления вакуумных ионизационных камер изотопами, заключающийся в том, 4tu в заполненной газом при фиксированном давлении или воздухом при атмосферном давлении ионизационной камере измеряют темновой ток и определяют чувствительность к заданному виду ионизирующего излучения и нейтронам, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и увеличения точности, дополнительно измеряют объем V полости в ме;1сэлектрод- ком промежутке, затем ионизационную камеру вакуумируют, измеряют темновой ток вакуумироваиной ионизационной камеры, обусловленный медленными вто- ричнЕПш электронами эмиссии, и по величинам объема V н темновых токов газонаполненной и вакуумированиой ионизационной камеры определяют величину эмиссионной способности электрода- эмиттера, по которой судят о чувствительности вйкуумюй ионизационной камеры.

П p и м e ч n н и e: Ки - средняя реличина К„; погрешность К„ определена пр довернтельной вероятности 0,95.

(-|-)8есб«0,5 Ю МэВ-см /г; .Г-0,76; -2,152- .

5

I

ff,5

/

/

/

ч

М.

fd,10 r/cft

0.8

|5

Sk

0,1

i

5-10 10

Фи9.1

га(1И,отм.ф9