УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ПЛОТНОСТИ ИЛИ толщины листовых МАТЕРИАЛОВ И ПЛЕНОК Советский патент 1972 года по МПК G01B15/02 G01N23/02 

Изобретение относится ж технике радиоизотопных измерений.

Известно устройство для измерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов и пленок по авт. св. № 203272, в котором иснользуют эффект ослабления обратно рассеянного р-излучения в воздушной среде, находящейся по другую сторону от исследуемого образца. .Плотность или толщина тонких листовых материалов и пленок является функцией изменения интенсивности мягкого р-излучения, регистрируемого детектором.

Источник и детектор р-излучения располагают в измерительной головке устройства параллельио друг другу на расстоянии около 20 мм, а измеряемый материал - в непосредственной близости от них. Источник и; детекTOip у1станавлива.ют на сканирующем устро.йстве, перемещающем их нО ширине исследуемото о бразца. Источник излучения помещают в защитный контейнер с коллимато,ром, (бла годаря чему исключается .попадание прямого и отраженного от изоследуемого образца излучения на нриемник.

р-излучение от источника при первоначальном прохождении через исследуемый образец, попадая в воздушную среду, испытывает о.братное рассеяние и значительно у.мягчается (энергия излучения снижается почти в два

раза). Умягченное обратно рассеянное излучение, проходя вторично через исследуемый образец, частично поглощается. Регистрируемое детектором изменение интенсивности и является функцией измеряемой поверхностной плотности или толщины образца.

Измепение величины интенсивности обратно рассеянного излучения после поглощения в исследуемом об1разце рсгпстри.руется самописцел или подается на систему автоматического регулирования.

Однако практическая реализация этого устройства в ряде случаев невозможна из-за зависимости пока-заннй от изменения рабочих па,ра1метров (плотности, температуры, да влепия) отрал ающих газовых сред.

С целью исключения влияния окружающей среды на точность измерений иснользуют оптимальную геометрию взанмиого расположения детектора и источника излучения в зависимости от рабочих параметров газовой среды.

На фиг. 1 показана зависимость плотности нотока регистрируемых р-части,ц от взаимного расположения источника и детектора; на фиг. 2 - зависимость показаний известного устройства от изменения параметров отражающей среды; на фиг. 3 - схема размещения детектофа и источника радиоактивного излучения измерительной головки предлагаемого устройства. Согласно о бщефизичсским представлениям полный коэффициент обратного рассеяния электронов от газовых сред, т. е. отношение числа частиц, -возвратившихся в плоскость измерения, к числу частиц, падающих на отражающую поверхность, есть величина постоянная. Это положение иллю.стрируется фиг. I, где для двух разных значений плотности отражающей середы р1 (кривая /) и р2 (кривая 2) приведеиа зависнмость нлотности потока частиц, регистрируемых детектором ядерного излучения, от расстояния центра детектора до центра источни:ка, причем Полное число частиц, падающих после отражения в плоскость измерения, в обоих случаях одинаково (илощадь под кривьши исстояина), и если иметь идеальиьш регнсприрую,Щ|ИЙ детектор, т. е. с эффективной зоной регистращнн протяжешюстью от центра источника 3 до точки 4, то нри из-меиеиии плотности отражающей среды ие наблюдалось бы изменения общего счета. Однако всегда существует область 5, прилегающая к источнику, где по конструктивным соображениям невозможна регистрация отраженных частиц (а:ктивная зона источника, толщииа кромок подложки источника, коллиматор и защита источника, толщина стеаюк детектора, нечувствительные области регистрации детекторов ядерного излучеиия). Поскольку в области 5, прилегающей к источнику, поток обратнорассеянного от газовой среды |3-излучения наиболе интенсивный, то доля нерегистрируемых из общего числа отраженных частиц зиачИтельна и применение даже идеальио широкого детектора, охватывающего dl/lDniULUrl и L/iVUIl 1 k,rV 1 Cl. j(J:VD a. J JJIO a Д O .LU 1 W области 6 , ие позволяет устранить зависимость числа регистрируемых частиц от изменения плотности отражающей среды. В результатестаиовится нецелесосбразиым строить подобные устройства-. Таким образом, точность измерения толщины или поверхиостисй илотиости; листовых материалов и плепок сильно зависит от геометрии взаимного расположения источника излучения и детектора в тех случаях, когда изменяются параметра газовой отражающей среды. Исследования показали, что для каждого диапазона измеиеиия параметров отражающей среды (илотности, температуры, давления) может быть подобрана оптимальная геометрия измерения, при которой сводится к минимуму зависимость показаний измерителя толщины (поверхностной плотности) от изменения параметров отражающей среды. Действительно, располагая детектор конечных размеров в области 6 (фиг. 1), иаблюдаем увеличение числа регистрируемых обратно отраженных р-частид с увеличеиием плотности отражающей среды и, иаоборот, в щей среды уменьшается число .репистрируемых частиц. При расноло-жении центра детектора радиоактивного излучения в точке 8 измеиеиие числа регистрируемых З-частиц от из1менения плотности отражающей среды минимальное. Положение центра детектора отиосительно центра источника определяется диапазоном изменения параметров отражающих сред или рабочим (иомииальиым) зиачением этих параметров (рабочей температуры среды, давления, плотности). Выбор оптимального расстояния Гопт центра детектора от центра источника радиоактивного излучения для иредложеиного устройства., работающего ири конкретном значении нарамстров газовой отражающей среды, оиределяется для низкоэнергетичеоких источников |3-части1Ц, например соотиощением -опт ОЛ/Л/ гОЛ/ У о где 0 - длина свободного пробега р-частиц для газОВОй отражающей среды, находящейся в нормальных условиях; А - коэффициент, равный отнощеиию нормального атмосфе рного давления РО к рабочему давлению газовой отражающей среды Р. Выбор этого расстояния обеспечивает независимость точности измерения от изменения дав ления, температуры и плотности отражаюЩей среды, иоскольку эти три параметра взаимосвязаны, и измеиеиие температуры или плотности может быть сведено к эквдавалеитиому изменению давления газовой среды. На фиг. 2 представлены экспериментальные кривые, снятые с помощью известного устройства. В качестве изотопа исиользовался иизкоэнергетическии источник |3-частиц i-- .,... БИП-20 (|3-источник на основе изотоиа Р 7) а1кт1ивностью 50 мкюри. Детектором служил торцовый газоразрядный галогенный источник СИ-15БГ. Отражающая среда - воздух, Кривые 9, 10 и 11 сняты нри расстояниях от центра детектора до центра источника соответственно 45, 55 и 70 мм. Из рассмотрения кривых 9 и 10 видио, что при расстоянии от центра детектора до центра источника 70 мм и давлении. 1,4 атм наклон кривой составляет 7 %на 0,1 атм, в то время как ири расстоянии 45 мм и том же давлении наклон, кривой практически равен 0. Таким образом, точность измерения с)ществеино зависит от геометрии измерения, т. е. от выбора расстояния от центра детектора до центра источника радиоактивного излучения, С целью обеспечения независимости измереиия от изменения параметров отражающих газ.овых сред измерительиая головка устройства для и змерения поверхностной плотност1И или толщины листовых материалов и пленок выполнена следующим образом.

тектора относительно цент.ра источника радиоактивного излучения 14 и фиксировать на оптимальных расстояниях Гопт, обеспечивающих независимость показаний измерительной головки от изменения параметров отражающих газовых сред.

Предмет изобретения

Устро-йство для иЗмерения поверхностной плотности или толщины листовых материалов

и пленок по авт. св. № 203272, отличающееся тем, что, с целью исключения влияния окружающей среды на точность измерений, ось детекто|ра удалена от оси источника на расстояние, равное 0,17 произведения длины свободного пробега бета-частищ используемого изотопа при нормальных условиях на отношение величины нормального атмосферного давления к ра.бочему давлению в газовой среде.

0,7 Q.8 0,9 10 V ,2 7,3 7 15 7.6 ЛаВление, атм