СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РАДИОИЗОТОПНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ Советский патент 1972 года по МПК G01N23/203 G01B15/02 G12B13/00 

Изобретение относится к радиойзотопнОму приборостроению, в частности, к способам измерения толщин покрытий, и может быть использовано для калибровки радиоизотопных приборов, содержащих декадный измерительный пересчетный прибор, для измерения скорости счета детектора в форме цифрового отсчета непосредственно в единицах измеряемого параметра, например в микронах.

Известны различные конструкции радиоизотопных приборов, с помощью которых измеряемый параметр определяют по количеству нмпульсов детектора, сосчитанных измерительным пересчетным прибором за определенное время, пользуясь градуировочными графиками для перевода числа импульсов в единицы измеряемого параметра. Возможность калибровки в этих приборах не предусмотрена. Необходимость использования градуировочных графиков является существенным недостатком этих приборов.

Цель изобретения-получение величины контролируемого параметра в цифровой форме.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу калибровки используют вспомогательный (фоновой) поток бета- или гаммаизлучения, который в определенных, соотношениях измеряют вместе с рабочим потоком от контролируемого материала, При этом отсчет контролируемого параметра получают на индикаторных цифровых лампах декадного пересчетного прибора, регистрируюнюго суммарную скорость счета двух потоков. На фиг. 1 показана блок-схема бета-толщиномера покрытий, позволяющего реализовать предлагаемый способ калибровки; па фиг. 2 схематически изображен один нз вариантов конструкции датчика бета-толщиномера покрытий с регулируемым рабочим потоком обратно рассеяннсго бета-излучения н регулируемым вспомогательным потоком; па фиг. 3, 4, 5 и 6 показаны варианты конструкций датчиков, в которых использованы разные способы формирования и регулирования вспомогательного потока.

Предлагаемый способ основан на использовании известных функциональных заннснмостей интенсивности потока обратно рассеянного бета-излучения от толщины н атомного номера рассеивающего материала. Ноток Nd обратно рассеянного бета-излучения or основы с покрытием d можно выразить соотношением

(Woo - ) (1 - е-),

(1) MJO - поток обратно рассеянного излучения от слоя покрытия, толщина которого больше толщины насыщения для обратного рассеяния; Y - коэффициеит поглощения рассеянного излучения, зависящий от энергии бета-спектра и условпн регистрации. Предлагаемый способ может быть исиользован в диапазоне толщин покрытий, где имеет место линейная зависимость потока обратно рассеянного бета-излучения от толщины. В линейной области измерений при малых толпи1нах соотношение (1) ирииимает вид (l+03ouf), I / 7 ttOKp 1 ,) где ZQ и ZnoKp - эффективные атомные номера соответственно для материалов OCHOBF, и покрытия; k - коэффициент, характеризующий чувствительность к атомному номеру рассеиваюшего материала (практически можно осуществить зсловия, когда k лежит в пределах 0,3-2). Линейный диапазои соответствует толщинам иокрытий от О до 0,lrfi, где d - толщина насыщения для обратного рассеяння бетаизлучеиия. Например, с источником линейный диапазон распространяется до толщин около 30 M&ICM. В линейном диапазоне изменение скорости счета АЛ при изменении толщины покрытия на величину Ас остается величиной постоянной, обусловленной атомными иомерами основы и покрытия, энергией бета-спектра, спектральными характеристиками детектора и интенсивностью рабочего потока. Для измерения толщин покрытий для каждого сочетания материалов осиовы и иокрытия с помощью эталонов известной толщины пользуясь органами регулировки устанавливают такую интенсивность рабочего потока, что прирост количества импульсов за время измерения / при увеличенни толщины нокрытия на Arf удовлетворяет условию ,(4) где т - целое число, соответствующее разряду декад на измерительном пересчетном приборе. В этом случае с изменением толщины покрытия d регистрируемая скорость счета изменяется в децнмальном отношении. Так как выбор величины времени измерения / на практике может быть ограничен, в ряде случаев импульсы детектора сначала целесообразно подавать на блок предварительного пересчета, а затем на измерительный пересчетный прибор. С учетом предварительного личества сосчитаииых импульсов является соотиошениеДЛ.,-10™-АЙ.(5) Использование предварительного пересчета с коэффициентом расширяет возможности применения предлагаемого способа калибровки при ограниченном количестве возможных дискретных значений времени измерения t. Способ калибровки применим для материалов покрытий с 2покр - оПосле настройки толщиномера согласно условиям (4) или (5) пеобходимо обеспечить комиепсацию количества сосчитанных импульсов от материала основы без покрытия. Компенсацию осуществляют путем плавного пзмепеиия интенсивности вспомогательного (фонового) потока бета- пли гамма-излучения таким образом, что суммарная скорость счета соответствует условию 0 Л t n-W ki kz где Л/Ф - скорость счета, обусловленная всиомогательным потоком; k - коэффициент предварительного пересчета для импульсов вспомогательного детектора (в случае одного детектора или одного блока предварительного пересчета ); ос - целое число (1, 2, 3); m-fa - показатель, соответствующий старшей измерительной декаде пересчетпого прибора;п - целое число, показывающее количество переполпений старшей измерительной декады пересчетного прибора. Признаком обеспечения условия (6) при пастройке толщиномера является появление пулевого отсчета за время измерения на значащих декадах измерительного пересчетпого нрибора. Таким образом, предлагаемый способ калибровки бета-толщиномеров покрытий сводится к поочередному выполнению следующих операций настройки. Сначала с помощью двух эталонов с известной толщиной покрытий устанавливают децимальный прирост скорости счета от рабочего потока согласно условиям (4) или (6). В качестве одного из эталонов можно использовать материал основы без покрытия, в качестве другого - образец с известной толщиной покрытия. Для калибровки толщиномеров могут быть также использованы эквивалентные эталоны, изготовленные из какого-либо другого материала или с другим покрытием, по характеристикам обратного рассеяния соответствующие двум известным толщинам измеряемого материала покрытия. При этом интенсивность вспомогательного потока необходимо поддерживать на постоянном (желательио на минимальном) уровне. Затем нлавным изменением иптенсивности всномогательного потока устанавливают сумвы на уровне, соответствующем условию компенсации или условию нолного переполнения значащих декад (обычно ).

В результате такой калибровки при измерении неизвестной толщины покрытия набор цифр в (т-1-1)-й декаде измерительного пересчетного прибора соответствует десяткам единиц толщины, в т-н декаде - единицам толщины, в (т-1) декаде - десятым долям единиц и т. д. Для каждого сочетания материалов основы и покрытия при калибровке необходим свой набор эталонов. Результаты измерений получают в форме цифрового отсчета непосредственно в единицах толщины или поверхностной плотности.

В бета-толщиномере рабочий поток бетаизлучения регистрируется детекторОМ /, импульсы которого через формирователь 2 и блок 5 предварительного пересчета поступают на вход декадного измерительного пересчетного прибора 4. Вспомогательный (фоиовый) поток регистрируется детектором 5, импульсы которого через формирователь 6 и блок предварительного иересчета 7 подаются на общий вход пересчетного прибора 4. Показанный на фиг. 1 измерительный пересчетный прибор имеет шесть декад, из них три старшие декады, в которых регистрируются тысячи, десятки тысяч и сотни тысяч импульсов, являются измерительными, или значащими. После калибровки толщиномера цифры в этих декадах показывают соответственно десятые доли, единицы и десятки единиц толщины покрытия, например, в микронах (для случая щести декад отсчет измерения соответствует 16,3 мкм. Индикация цифр в первых декадах, измеряющих единицы, десятки и сотни импульсов, может вообще отсутствовать, так как цифры в этих декадах больще отображают флуктуационный характер радиоактивных излучений.

Регистрация вспомогательного (фонового) потока радиоактивных излучеиий может быть осуществлена с помощью отдельного детектора или рабочего детектора 1; в последием случае необходимость в блоках 5, 6 и 7 отпадает. Для создания вспомогательного (фонового) потока также можно использовать либо отдельт1ый источник излучения, либо рабочий источник бета-излучеиия. Для создания регулируемых потоков возможны многочисленные конструктивные варианты датчиков. Например, изменение интенсивности рабочего потока можно осуществить одним из следующих методов: изменением расстояния от источника до контролируемого материала при постоянстве расстояния от материала до детектора; изменением расстояния от материала до детектора при постоянстве расстояния от источника до детектора; покрытием чувствительной поверхности детектора непроницаемой шторкой или различными фильтрами; изменением уровня дискриминации импульсов, если используют детектор спектрометрического типа; применением магнитных полей, отклоняюил,их (5ета-частицы, и др.

В варианте датчика, изображенном на фиг. 2, рабочий поток (показан сплощными линиями) создается источником 8 бета-излучения, иомеид.енным в коллиматор 9 с рабочим каналом 10. Поток бета-излучеиия, отраженный от материала // с покрытием 12. установленного на столике (диафрагме) .

попадает в детектор 14. Перед детектором 14 на пути обратно рассеянного бета-излучения иомещен фильтр /5 для увеличения чувствительности. Интенсивность рабочего потока регулируют изменением расстояния между

материалом и детектором за счет поворота столика-диафрагмы 13 в корпусе датчика 16. Интенсивность рабочего потока можно изменять также иерекрывая часть чувствительной поверхности детектора непроницаемым экраном /7. Вспомогательный поток бета-излучения формнруется с помощью специального рассеивателя 18. Часть бета-излучения от источника 8 через второй канал 19 в коллиматоре .9 попадает на рассеиватель 18 и после

отражеиня регистрируется рабочим детектором 14. С целью увеличения коэффнциепга обратного рассеяния поверхность рассеивателя 18 изготовлена из материала с большим Z.

Интенсивность вспомогательного потока (показан пунктиром) регулируют изменением расстояния от источника до рассеивателя. В качестве детектора могут быть использованы счетчики Гейгера-Мюллера, сцинтилляционный счетчик или полупроводниковый детектор.

С помоихью одного источника формируются два регулируемых потока, рабочий и всиомогательпый, которые затем регистрируются

одним общим детектором.

В конструкции датчика, показанного на фиг. 3, вспомогательный поток бета-нзлучеиия формируется с помощью рассенвателя 18, на который падает часть бета-излучения, выходяи1.его через рабочий канал 10. Регулировка интенсивности потока осуществляется перемеп1,ением рассеивателя в направлении оси источник - материал с покрытием. При огсутствии рассенвателя в зоне выходящего

через коллиматор потока бета-излучеиия иа детектор попадают рабочий поток бета-излучения, обратно рассеянный от материала с покрытием, и небольшая постоянная часть вспомогательного потока, рассеянного столиком (рассеиватель /8 выдвинут), котооый изготовлен из материала с малым Z. По мере передвижения рассеивателя /8 в зону выходящего пучка интенсивность вспомогательного потока возрастает.

На фиг. 4 показан вариант конструкции датчика, в котором вспомогательный поток формируется за счет тормозного излучения источника бета-излучения 8, проникающего через стенки коллиматора 9. Тормозное излуточника бета-излучения и стенках коллиматора. Поток тормозного излучения регистрируется рабочим детектором 14 одновременно с рабочим потоком бета-излучения. Интенсивность иотока тормозного излучения регулируют неремещением защитного клинообразного экрана 20 с помощью микрометрического винта 21. Этот вариант датчика более целесообразно использовать в случаях, когда применяется источник жесткого бета-излучения, например .

В варианте датчика, изображенном на фиг. 5, вспомогательный поток формируется с помощью источника радиоактивного излучения (бета- или гамма-) 22 или 23 и регистрируется рабочим детектором 14. Интенсивность вспомогательного потока можно регулировать изменением расстояния от источника 22 до детектора 14, либо перекрытием части потока излучения источника 23 шторкой 24.

На фиг. 6 показан вариант датчика, в котором вспомогательный поток формируется с помощью отдельного источника 23 бета- или гамма-излучения, регистрируемого отдельным детектором 25. Регулировка интенсивности вспомогательного потока осуществляется перемещением шторки 24, перекрывающей часть потока падающего на детектор 25. Регулировку можно осуществить также изменением расстояния источника 23 детектор 25. Импульсы от детектора 25 подавать либо на формирователь 2 и блок пересчета 3, либо на отдельный формирователь 5 и блок пересчета 6 (фиг. 1). Первый случай целесообразно использовать, когда рабочий детектор 14 и вспомогательный 25 однотипны. При использовании отдельного формирователя 5 и блока пересчета 6 с достаточно больщим коэффициентом пересчета можно значительно сглаживать флуктуации в скорости счета импульсов вспомогательного потока. Возможны также другие варианты формирования и регулировки вспомогательного потока радиоактивного излучения, служащего для калибровки толщиномера покрытий.

Предмет изобретения

Способ калибровки радиоизотопных измерительных приборов, например бета-толщиномеров покрытий, содержащих в качестве вторичного измерительного прибора декадный пересчетный прибор, заключающийся в установлении соответствия между показателями пересчетного прибора и величинами

контролируемого параметра эталонных образцов материала, отличающийся тем, что, с целью получения величины контролируемого параметра в цифровой форме, с помощью органов регулирования рабочего потока ионизирующего излучения устанавливают децимальный прирост скорости счета за определенный отрезок времени при изменении величины контролируемого параметра материала на единицу, а затем путем введения вспомогательного потока ионизирующего излучения устанавливают суммарную скорость счета такой, чтобы на значащих декадах пересчетного прибора появился нулевой отсчет при целой кратности переполнения декад за тот же

отрезок времени для выбранной величины коптролируемого параметра.

fuz.i

.Z

7 Ш 15 i1

. 3 3

iS

IB

2

16