Ионизационная камера Советский патент 1982 года по МПК H01J47/02 G01T1/14 

Известные устройства для абсолютных измерений потока энергии пучков гамма-квантов и электронов путем интегрирования переходной кривой по .глу бине материала (квантометры) не обеспечивают достаточную чувствительность и точность измерений в широком интервале энергий и сложны в изготовлении.

Для повьпиения чувств-ительности и . точности измерений в широком интервале энергий в предложенной ионизацион.ной камере передняя стенка выполнена .в виде цилиндрического тела с плоским основанием и фронтальной поверхностью образованной некоторым числом пар геликоидных поверхностей с общим началом и противоположным направлением, переходящих в плоскости, перпендику:лярные оси тела, совпадающей с осью камеры.

На фиг. 1 изображена предложенная ионизационная камера в разрезе; на фиг. 2 - передняя стенка камеры в случае измерения гамма-пучков относительно малых энергий (до 5 МэВ) и пучков электронов; на фиг. 3 - передняя .стенка камеры в случае измерения гаммаквантов с энергией свыше 5 МэВ.

стенки 1,и задней стенки 2, образующих рабочий объем 3 в виде колодца. Передняя - стенка выполнена в виде цилиндрического тела с плоским основанием 4 и фронтальной поверхностью 5, образованной некоторым числом пар геликоидных поверхностей 6 с общим началом и противоположнЕлм направлением,, переходящих в плоскости 7, перпенди10кулярные оси 8 тела, совпадающей с осью камеры.

В основе работы ионизационной камеры как и квантометра лежит определение падающей энергии Е излучения

15 путем интегрирования переходной кривой по формуле :

. Е А f q(E) de ; А pw ,

где p - массовая тормозная способ

20 ность вещества блока передней стенки с атомным номером z иплотностью д относительно.газа с плотностью д, заполняющего полость рабочего объема ,

2() - ионизационный заряд, при25ходящийся на единицу глубины рабочего объема плЪскопараллельной ионизационной камеры с передней стенкой с толщиной С; В случае определения потока энергии под g следует понимать ионизационный ток. Рассмотрим два случая. 1, Оси параллельного пучка излучения и передней стенки камеры совпадают ,. Подающий пучок можно формально Представить в виде бесконечно большого числа, элементарных секторов,-с углом раствора каждого равным d. Интег Жирование по осуществляется за счет того, что при изменении У толщина пе редней стенки меняется от О до Lj, причем L выбрано достаточно большим чтобы при такой толщине .практически полностью поглотить излучение. Вычисления пока зывают, что заряд Q, измеряемый камерой с глубиной рабочего объема а, будет пропорционален Е только в том Случае, когда пуiOK аксиально симметричен (в том числе однороден по сечению, имеющему фор-;, му круга) и поверхность передней стен ки С (Ч} имеет форму-винтовой (геликоидной) поверхности с произвольным числом заходов п (е W ). При этом передняя стенка камеры может быть как неподвижной, так и вращающейся относительно своей оси. Чувствительность камеры ( S. Q /Е) составляет ,. 2. Параллельный пучок излучения падает на переднюю стенку камеры, которая приведена во вращение, причем ось вращенияпараллельная оси пучка. Интегрирование по Е для каждого бесконечно малого элемента поперечного сечения пучка, а,следовательно, и для всего пучка осуществляется за счет вращения глередней стенки камеры переменной толщины. В этом случае пропорциональность между Q и Е будет иметь место при условии, что угловая скорость вращения ы постоянна, и однс из оснований передней стенки также, как и в1 случае, имеет форму винтовой поверхности ( е {) Чувствительность камеры такая же, что и в первом случае. Переднюю стенку, имеющую форму, как изображено на фиг. 2, целесообраз но использовать при регистрации гамма-излучения с относительно малыми энергиями raMvia-квантов (дб 5 МэВ) и электронного излучения практически любых энергий. Для увеличения чувствительности камеры и уменьшения веса ее передней стенки в случае регистрации гамма-излучения относительно боль ших энергий (выше примерно 5 МэВ) мож но изготовить переднюю стенку камеры несколько меньших размеров, чем это требуется для полного поглощения изучения. Так как ослабление-гамма-изучения с толщиной материала в осевом аправлении происходит по показательому закону с наименьшим для даного вещества коэффициентом ослаблеия (/ , .для компенсации утечек излуения в этом направлении достаточно . аменить часть винтовой-(геликойдной) оверхности, соответствующей сектору углом раствора Д 4- (l+AL2) , на плоскость, параллельную основанию, ак показано, например, на фиг. 3. В этом случае , g(f) sib 2jLS: (где L 2 наибольшая толщина передней тенки), а чувствительность Sj камеы с глубиной, рабочего объема а в ервом и втором случаях составляет /(A{L, + --) . этот закон справедлив, а.вместе с тем и переднюю стенку, аналогичную фиг. 3, можно применять лишь в том случае, если в спектре гамма-излучения имеются энергии, большие той, при которой коэффициент ослабления минимален. Для тяжелых элементов эта энергия лежит в диапазоне от 3 МэВ (свинец) до 8 МэВ (железо). Компенсация утечек излучения в радиальном направлении обеспечивается выполнением в виде колодца рабочего объема камеры. Еирина объема оп-; ределяется по формуле: . ДУ2 )(2 Ч-ХлЬз) . При измерении электронных пучков и гамма-пучков с энергиями квантов примерно до 5 МэВ принимается AV . Некоторые реком дации по выбору параметров камеры. Переднюю и заднюю стенки желательно изготовить из материала, имеющего наименьшую зависимость р от энергии вторичныхэлектронов, а в случае регистрации гамма-излучения - кроме того, наибольшую величину yuq. Подходящим материалом является, например, олово ( 2 50). О выборе L говорилось выше. Выбор толщины (которую для увеличения чувствительности и уменьшения веса желательно иметь наименьшей) будет зависеть от той точности, с которой известно ух (например при 10% неопределенности н значении ju, для обеспечения точности интегрирования в 1% достаточно иметь /U-L 1,5). ронов и гамма-квантов винтовые (гели коидные) поверхности следует располагать попарно, как показано, например на фиг. 2 и 3, а число пар желательна иметь наименьшим (п 2). В качестве примере могут служить параметры камеры, предназначенной дл змерек я гамма-излучения с энергией Ьт 3 МэВ и выше: z 50;/, 1.2 1,5; LjSe мм; аяЮ мм; AV29,5 мм; ДЧ72°; S 0,8 мкК (Дж) или мкА (Вт). Таким образом, вследствие применения передней стенки специальной формы устройство обеспечивает повышение точности измерения энергии гамма-излучения, так как при измерении выполняется плавное, а не ступенчатое (как в квантометре) интегрирование Переходной кривой. Устройство обеспечивает также регистрацию электронного излучения. При условии правильного выбо ра материала стенок чувствительность 1,устройства остается постоянной в ши.роком интервале энергии гамма и элект ронного . При работе ионизационной Кс1меры различают два случая: 1.Камера неподвижна или вращается вокруг своей оси. Камера устанавливается точно по оси аксиально симметричного пучка излучения. Ионизация в камере измеряется .электрометричесКИМ усилителем тока или заряда. 2.Камера или ее передняя стенка; равномерно вращается вокруг своей оси. Пучок излучения может иметь любую форму и любое распределение инте НС ив нос ти по сечению и может находиться на произвольном расстоянии от оси камеры при условии, что ось камеры параллельна оси пучка и пучок не выходит за пределы передней стенки камерыi в обоих случаях по ионизационному току камеры определяется поток энергии излучения ( т.е. энергия, проходящая в единицу времени через поперечное сечение пучка). При стабильной во времени интенсивности излучения ток камеры в первом случае будет постоянным, а во втором - пульсирующим с частотой . При изменении заряда, накопленного в течение некоторого времени, определяется энергия излучения, прошедшая через поперечное сечение пучка за это же время. При этом во втором случае время измерения должно быть много больше 1/2ли)п или же в момент окончания измерений толщина стенки в направлении оси пучка должна быть точно такой же, как и в начальный момент времени. Если источником излучения является электронный ускоритель, то это не налагает каких-либо дополнительных требований при работе в первом случае, а во втором - приводит к ограничению угловой скорости вращения камеры. Формула изобретения Ионизационная камера для абсолютного измерения потока энергии пучков гамма-квантов и электронов путем ин- тегрирования переходной кривой по глубине материала, содержащая коаксиально расположенные переднюю и заднюю стенки, образующие рабочий объем в виде колодца, отличающаяс я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений в широком интервале энергий, передняя стенка выполнена в виде цилиндрического тела с плоским основание и фронтальной поверхностью, образованной некоторым числом пар геликоидкых поверхностей с общим началом и противоположным направлением, переходящих в плоскости, перпендикулярные оси тела, совпадающейс осью камеры.